Avance para que los nanocristales funcionen juntos electrónicamente
Supercristales conductores para la próxima generación de tecnología electrónica
Un nuevo estudio de un equipo internacional de químicos introduce un gran avance para que los nanocristales funcionen juntos electrónicamente. Publicada el 25 de marzo en la revista "Science", la investigación puede abrir las puertas a futuros dispositivos, como pantallas o células solares de nueva generación.
Hoy en día se puede llevar un ordenador entero en el bolsillo porque los componentes tecnológicos son cada vez más pequeños desde la década de 1950. Pero para crear futuras generaciones de electrónica, los científicos tendrán que idear una tecnología totalmente nueva a las escalas más pequeñas.
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Los nanocristales son algunos de los componentes más prometedores de la tecnología del futuro, como teléfonos potentes, células solares más eficientes o incluso ordenadores cuánticos. Los científicos pueden cultivar nanocristales a partir de muchos materiales diferentes: metales, semiconductores e imanes, cada uno de ellos con propiedades distintas. Además, estos minúsculos cristales pueden ensamblarse para formar supercristales muy ordenados, bien definidos y hermosos. Sin embargo, el problema es que cada vez que los científicos intentan ensamblar los nanocistos en conjuntos, los nuevos supercristales crecen con largos "pelos" a su alrededor: moléculas orgánicas de cadena larga. Estos ligandos orgánicos dificultan el salto de los electrones de un nanocristal a otro y, por tanto, hacen que las superestructuras sean inútiles para la mayoría de las aplicaciones en electrónica y detección. Por ello, los investigadores necesitaban un método para reducir los "pelos" alrededor de cada nanocristal, de modo que pudieran empaquetarlos más estrechamente y reducir los espacios intermedios.
En 2015, surgió un nuevo grupo de ligandos totalmente orgánicos que proporcionaban estabilidad y mantenían la conductividad eléctrica. "Por aquel entonces pensé que estos nuevos ligandos podrían ser la mejor oportunidad para cerrar por fin la brecha entre las superestructuras y su uso para aplicaciones eléctricas", recuerda Danny Haubold, estudiante de doctorado en Química Física en la TU Dresden por aquel entonces. El autoensamblaje de nanopartículas con carga estabilizada es todo un reto. Hay que afinar todo para conseguir los supercristales deseados. Por eso, él y el profesor Alexander Eychmüller empezaron a cooperar con el grupo de Dmitri Talapin en la Universidad de Chicago, que desarrolló estos nuevos ligandos. Juntos llevaron a cabo los primeros experimentos con resultados notables que demostraron que el problema es difícil, pero posible.
"Tras seis años de intensa investigación y cooperación entre múltiples instituciones, se ha demostrado que, siguiendo esta ruta, se puede ensamblar una gama muy amplia de materiales y tamaños en supercristales altamente ordenados, pero también altamente conductores. Esto abre las puertas a una nueva clase de materiales. Los prometedores resultados de los primeros experimentos se han trasladado con éxito a una amplia gama de materiales, como el oro, el platino, el níquel, el sulfuro de plomo y el seleniuro de plomo. Utilizando la dispersión de rayos X de ángulo pequeño y amplio y una fuerte aportación de la teoría, se han caracterizado las estructuras de superredes formando la base para un análisis en profundidad y la manipulación de su mecanismo de formación", explica el profesor Alexander Eychmüller.
En el estudio participaron científicos de la Universidad de Chicago, la Universidad Técnica de Dresde, la Universidad del Noroeste, la Universidad Estatal de Arizona, el Centro del Acelerador Lineal de Stanford, el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley y la Universidad de California en Berkeley.
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Publicación original
Coropceanu I, Janke EM, Portner J, Haubold D, Nguyen TD, Das A, Tanner CPN, Utterback JK, Teitelbaum SW, Hudson MH, Sarma NA, Hinkle AM, Tassone CJ, Eychmüller A, Limmer DT, Olvera de la Cruz M, Ginsberg NS, Talapin DV. Self-assembly of nanocrystals into strongly electronically coupled all-inorganic supercrystals. Science. 2022 Mar 25;375(6587):1422-1426.
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