Imagen de microscopía electrónica de transmisión de un nanotubo de núcleo hueco. La barra de escala blanca corresponde a 10 nanómetros (izquierda). Representación de un nanotubo (derecha) Crédito:© 2019 Iwasa et al.
Los físicos han descubierto un nuevo tipo de nanotubo que genera corriente en presencia de luz. Dispositivos como sensores ópticos y chips de imágenes infrarrojas son aplicaciones probables, que podría ser útil en campos como el transporte automatizado y la astronomía. En el futuro, si el efecto se puede magnificar y la tecnología se puede ampliar, podría conducir a dispositivos de energía solar de alta eficiencia.
Trabajando con un equipo internacional de físicos, El profesor de la Universidad de Tokio, Yoshihiro Iwasa, estaba explorando las posibles funciones de un nanotubo semiconductor especial cuando tuvo un momento de bombilla. Tomó esta bombilla proverbial (que en realidad era un láser) y la enfocó en el nanotubo para descubrir algo esclarecedor. Ciertas longitudes de onda e intensidades de luz indujeron una corriente en la muestra; esto se llama efecto fotovoltaico. Hay varios materiales fotovoltaicos, pero la naturaleza y el comportamiento de este nanotubo es motivo de emoción.
"Básicamente, nuestro material de investigación genera electricidad como paneles solares, pero de una manera diferente, ", dijo Iwasa." Junto con el Dr. Yijin Zhang del Instituto Max Planck para la Investigación del Estado Sólido en Alemania, demostramos por primera vez que los nanomateriales podrían superar un obstáculo que pronto limitará la tecnología solar actual. Por ahora, los paneles solares son tan buenos como pueden ser, pero nuestra tecnología podría mejorar eso ".
El nanotubo inductor de corriente está hecho de láminas enrolladas de un material semiconductor especial a base de disulfuro de tungsteno (WS 2 ). Las hojas no inducen corriente en presencia de luz a menos que se enrollen en tubos. Este es un comportamiento emergente, uno no intrínseco al material hasta que se modifica. Lo interesante es en qué se diferencia de los materiales fotovoltaicos existentes.
Varias iteraciones del dispositivo de nanotubos experimental. Imágenes capturadas por un microscopio de fuerza atómica, y un microscopio de sonda Kelvin de barrido (abajo a la derecha). Crédito:© 2019 Iwasa et al.
Generalmente, Los paneles solares fotovoltaicos utilizan una determinada disposición de materiales denominada unión p-n. Aquí es donde se unen dos tipos diferentes de materiales (tipo p y tipo n), que por sí solos no generan corriente en presencia de luz, pero cuando se colocan juntos, hacer. La energía fotovoltaica basada en uniones P-n ha mejorado en eficiencia durante los 80 años aproximadamente desde su descubrimiento. Sin embargo, se están acercando a sus límites teóricos debido en parte a su necesidad de disponer de múltiples materiales.
WS 2 Los nanotubos no dependen de una unión entre materiales para obtener el efecto fotovoltaico. Cuando se expone a la luz, generan una corriente en toda su estructura o volumen. Esto se llama efecto fotovoltaico a granel (BPVE) y ocurre como el WS 2 El nanotubo no es simétrico si lo invirtiera. Si fuera simétrico, la corriente inducida no tendría una dirección preferida y, por lo tanto, no fluiría. Entonces, otros nanotubos simétricos, como los famosos nanotubos de carbono, no exhiben BPVE a pesar de ser excelentes conductores eléctricos.
"Nuestra investigación muestra una mejora de todo un orden de magnitud en la eficiencia de BPVE en comparación con su presencia en otros materiales, "continuó Iwasa." Pero a pesar de esta enorme ganancia, nuestro WS 2 El nanotubo aún no se puede comparar con el potencial de generación de los materiales de unión p-n. Esto se debe a que el dispositivo es nanoscópico y será difícil agrandarlo. Pero es posible y espero que los químicos se sientan inspirados para asumir ese desafío ".
A largo plazo, Los investigadores esperan que este tipo de material permita la fabricación de paneles solares más eficientes. Pero dadas las limitaciones de tamaño previsibles a corto plazo, es más probable que encuentre uso en otras aplicaciones. BVPE podría usarse para crear sensores ópticos o infrarrojos más sensibles y de mayor fidelidad. Estos tienen aplicaciones adicionales en dispositivos de monitoreo integrados, coches autónomos cargados de sensores o incluso en los sensores de imagen para telescopios astronómicos.
"Mis colegas de todo el mundo y yo exploramos con entusiasmo el potencial de esta tecnología sin precedentes, "concluyó Iwasa". Para mí, la idea de crear nuevos materiales más allá de cualquier cosa que la naturaleza pueda proporcionar es una recompensa fascinante por derecho propio ".
El estudio se publica en Naturaleza .
