Avance clave en la creación de puntos cuánticos

Los puntos cuánticos, una clase muy especial de nanocristales semiconductores, están expandiendo la vanguardia de la ciencia básica y también tienen cada vez más aplicaciones prácticas, incluyendo láseres, células solares, dispositivos médicos, pantallas de televisor o de ordenador a base de QLEDs cuánticos y otros productos electrónicos. Sin embargo, su implantación no es tan amplia ni rápida como podría ser, debido a que los procesos de fabricación empleados hasta ahora tienen serias limitaciones. Un nuevo avance promete cambiar drásticamente esta situación.

Una nueva técnica para generar estos cristales microscópicos permite construir de manera más eficiente un tipo muy útil de punto cuántico. Y además también abre la puerta a todo un grupo de materiales novedosos por explorar.

El avance es obra de un equipo encabezado por Justin Ondry, de la Universidad de Chicago, y que incluye también a científicos de la Universidad de California en Berkeley, la de Colorado en Boulder, la del Noroeste y el Laboratorio Nacional Argonne, en Estados Unidos todas estas instituciones.

Muchas de las investigaciones previas sobre puntos cuánticos se han centrado en puntos fabricados con combinaciones de elementos químicos de los grupos segundo y sexto de la tabla periódica.

En otras partes de la tabla periódica hay materiales más prometedores para los puntos cuánticos. Los materiales de los grupos tercero y quinto de la tabla periódica se utilizan en las células solares más eficientes, los LEDs más brillantes, los láseres semiconductores más potentes y los dispositivos electrónicos más rápidos. Potencialmente, serían excelentes puntos cuánticos, pero, salvo contadas excepciones, ha venido siendo imposible utilizarlos para hacer crecer nanocristales en una disolución. Las temperaturas necesarias para fabricar estos materiales son demasiado altas para cualquier disolvente orgánico conocido.

La sal fundida puede lidiar con ese calor, haciendo accesibles a materiales que de otro modo resultarían inaccesibles. Sin embargo, una serie de limitaciones impedían, hasta ahora, usar sal fundida para la síntesis en bastantes casos.

Una de las razones por las que los investigadores del campo de la síntesis de nanocristales dejaron de lado la sal fundida, fue su fuerte polaridad. Los iones de carga positiva y los de carga negativa de la sal ejercen una fuerte atracción mutua. Los objetos my pequeños, como los nanocristales, tienen cargas superficiales pequeñas, por lo que los investigadores supusieron que esas cargas serían demasiado débiles y los cristales que en formación se aplastarían antes de constituirse en un material estable.

O al menos eso es lo que se creía, hasta ahora.

La nueva técnica permite superar esas limitaciones.

Soluciones coloidales de puntos cuánticos de arseniuro de galio del tipo utilizado en láseres, televisores, células solares, dispositivos médicos y otros aparatos electrónicos. En la fotografía brillan bajo la luz ultravioleta. Fueron creados utilizando la nueva y revolucionaria técnica. (Foto: University of Chicago / Talapin Lab)

Con la nueva técnica, es posible ahora sustituir los disolventes orgánicos típicamente utilizados para crear nanocristales, empleando sal fundida en vez de esos disolventes. Esa sal fundida es literalmente sal común de cocina, sobrecalentada. El cloruro de sodio no es un líquido en nuestra vida cotidiana, pero, tal como explica Dmitri Talapin, de la Universidad de Chicago, si se calienta a una temperatura lo bastante elevada, se convierte en un líquido con una viscosidad similar a la del agua e incoloro.

Ondry y sus colegas exponen los detalles técnicos de su nuevo método en la revista académica Science, bajo el título “Reductive pathways in molten inorganic salts enable colloidal synthesis of III-V semiconductor nanocrystals”. (Fuente: NCYT de Amazings)