El tipo de nanocristales semiconductores conocidos como puntos cuánticos están avanzando a la vanguardia tanto de la ciencia pura como de aplicaciones prácticas, incluidos láseres, televisores y pantallas QLED cuánticos, células solares, dispositivos médicos y otros productos electrónicos.
Esta semana se publicó una nueva técnica para hacer crecer estos cristales microscópicos. Cienciano solo ha descubierto una forma nueva y más eficiente de crear un tipo útil de punto cuántico, sino que también ha abierto una gran cantidad de nuevos materiales químicos para que los exploren futuros investigadores.
“Estoy emocionado de ver cómo los investigadores de todo el mundo pueden utilizar esta técnica para crear nanocristales nunca antes imaginados”, dijo el primer autor Justin Ondry, becario postdoctoral en el laboratorio Talapin de la Universidad de Chicago.
El equipo, que incluía investigadores de la Universidad de Chicago, la Universidad de California Berkeley, la Universidad Northwestern, la Universidad de Colorado Boulder y el Laboratorio Nacional Argonne, reemplazó los disolventes orgánicos utilizados para fabricar los nanocristales con sal fundida. Logró excelentes resultados. – literalmente, el tipo de cloruro de sodio que se espolvorea sobre las patatas al horno.
“El cloruro de sodio no es un líquido en tu mente, pero supongamos que lo calientas a una temperatura tan loca que se vuelve líquido. Parece un líquido, tiene una viscosidad como el agua, es incoloro. El problema era que nadie había Alguna vez hemos considerado estos líquidos como medios para la síntesis coloidal”, dijo Dmitri Talpin, profesor de la Escuela de Ingeniería Molecular Pritzker de UChicago (UChicago PME).
¿Por qué sal?
Los puntos cuánticos se encuentran entre los nanocristales más conocidos, no solo por su uso comercial generalizado sino también por el reciente Premio Nobel de Química de 2023 para el equipo que los descubrió.
“Si hay un material del mundo nano que ha tenido un impacto en la sociedad en términos de aplicaciones, es el punto cuántico”, dijo el profesor de la Universidad de California en Berkeley, Iran Rabbani, coautor del artículo.
Sin embargo, la mayoría de las investigaciones anteriores sobre puntos cuánticos, incluido el trabajo de Nobel, giraban en torno a puntos creados utilizando una combinación de elementos del segundo y sexto grupo de la tabla periódica, dijo Rabbani. Se denominan materiales “II-VI” (dos seis).
Se pueden encontrar materiales más prometedores para puntos cuánticos en otras partes de la tabla periódica.
Los materiales que se encuentran en los grupos tercero y quinto de la tabla periódica (materiales III-V) se utilizan en las células solares más eficientes, los LED más brillantes, los láseres semiconductores más potentes y los dispositivos electrónicos más rápidos. Potencialmente producirían fantásticos puntos cuánticos, pero, con pocas excepciones, era imposible utilizarlos para hacer crecer nanocristales en solución. Las temperaturas requeridas para formar estos materiales eran demasiado altas para cualquier disolvente orgánico conocido.
La sal fundida puede soportar el calor, lo que permite acceder a materiales que antes eran inaccesibles.
“Este claro avance de la síntesis de sales fundidas por parte del grupo del profesor Talpin marca el primero para muchos materiales para los cuales la síntesis coloidal no estaba disponible anteriormente”, dijo el coautor Richard D. Schaller, del Laboratorio Nacional Argonne. Universidad del Noroeste. “Ahora se pueden lograr avances fundamentales y aplicados con muchos de estos materiales recientemente disponibles, así como una frontera sintética completamente nueva ahora disponible para la comunidad”.
Era Cuántica
Una de las razones por las que los investigadores que sintetizaban nanocristales pasaron por alto la sal fundida fue su fuerte polaridad, dijo el estudiante graduado de la Universidad de Chicago Zeroi Zhou, segundo autor del nuevo artículo.
Los iones cargados positivamente de la sal y los iones cargados negativamente tienen una fuerte atracción entre sí. Los objetos pequeños, como los nanocristales, tienen pequeñas cargas superficiales, por lo que los investigadores supusieron que esta carga sería lo suficientemente débil como para ser rechazada por los iones de sal. Cualquier cristal en crecimiento se triturará antes de formar un material estable.
O eso pensaban los investigadores anteriores.
“Esta es una observación sorprendente”, dijo Zhou. “Esto está muy en desacuerdo con lo que los científicos tradicionalmente piensan sobre estos sistemas”.
La nueva técnica puede significar nuevos componentes básicos para computadoras clásicas y cuánticas mejores y más rápidas, pero para muchos miembros del equipo de investigación, la parte realmente emocionante es abrir nuevos materiales para el estudio.
“Muchos períodos de la historia humana están definidos por los materiales que tenía la humanidad: piense en la ‘Edad del Bronce’ o la ‘Edad del Hierro'”, dijo Ondry. “En este trabajo hemos desbloqueado el potencial para sintetizar casi una docena de nuevas composiciones de nanocristales que permitirán tecnologías futuras”.
