Campo localizado calculado (izquierda) y distribución de temperatura (derecha) de la estructura de nano-mariposa. Crédito:Fujiwara H., et al, Nano Letras. 23 de diciembre 2019
Una mariposa de oro a nanoescala proporciona una ruta más precisa para cultivar / sintetizar semiconductores de tamaño nanométrico que se pueden utilizar en nano-láseres y otras aplicaciones.
Los investigadores de la Universidad de Hokkaido han ideado un enfoque único para fabricar semiconductores de tamaño nanométrico en una superficie metálica. Los detalles del método se informaron en la revista. Nano letras y podría seguir investigando sobre la fabricación de emisores de luz y energía de tamaño nanométrico.
El enfoque, desarrollado por el Instituto de Investigación de Ciencias Electrónicas de la Universidad de Hokkaido y la Universidad de Hokkai-Gakuen, implica generar calor localizado en una nanopartícula de oro dentro de una nanoestructura en forma de mariposa. El calor provoca una síntesis hidrotermal en la que el óxido de zinc semiconductor cristaliza sobre la nanopartícula de oro.
Los científicos han estado investigando formas de colocar cuidadosamente semiconductores de tamaño nanométrico en partículas metálicas para utilizarlas en nano-láser y nano-litografía. por ejemplo. Pero los métodos actuales carecen de precisión o son demasiado costosos.
El enfoque desarrollado por el equipo japonés supera estos problemas.
El equipo primero realizó simulaciones para determinar las condiciones óptimas para controlar con precisión la generación de calor en nanoestructuras. Utilizaron un fenómeno llamado resonancia de plasmón superficial, un proceso que convierte parcialmente la luz en calor en materiales metálicos.
Imágenes de microscopio electrónico de barrido de la estructura de nano-mariposa antes (izquierda) y después (derecha) de la irradiación láser. El óxido de zinc semiconductor se ha cristalizado en la superficie de la nanovarilla de oro. Crédito:Fujiwara H., et al, Nano Letras. 23 de diciembre 2019
Según las simulaciones, una nanoestructura en forma de mariposa que consta de dos partículas de oro en forma de rombo colocadas a cada lado de una nanovarilla de oro conduciría a condiciones óptimas. En este sistema, la nanovarilla, o el cuerpo de la mariposa, funciona como un nanocalentador utilizando una luz polarizada específica. Después de girar la polarización de la luz 90 grados, las partículas de rombo, o las alas de la mariposa, debería funcionar como una antena para recoger la luz en puntos de sublongitud de onda en la piel del semiconductor de la mariposa.
Para probar esta teoría, fabricaron la mariposa de oro y la colocaron en agua dentro de una cámara de vidrio. Se añadió a la cámara una solución hecha de partes iguales de nitrato de zinc hexahidrato y hexametilentetramina, que luego se selló y se colocó en una platina microscópica. Cuando la luz láser se iluminó en el sistema dentro de la cámara, la nanobarra se calentó y las partículas semiconductoras de óxido de zinc cristalizaron a lo largo de su superficie como se esperaba.
Esto demostró que la nanoantena de oro en forma de mariposa puede controlar con precisión dónde se produce la síntesis hidrotermal asistida por plasmón. permitiendo por tanto la formación localizada de semiconductores nanométricos.
"Se espera que la investigación adicional conduzca al desarrollo de potentes fuentes de luz de tamaño nanométrico, dispositivos de conversión fotoeléctrica de alta eficiencia, y fotocatalizadores, ", dice Keiji Sasaki de la Universidad de Hokkaido del equipo de investigación." También podría conducir a aplicaciones en electrónica de semiconductores y procesamiento de información óptica cuántica ".
