Un tipo de nanocristal semiconductor conocido como punto cuántico está expandiendo las fronteras de la ciencia pura y está trabajando arduamente en aplicaciones prácticas que incluyen láseres, televisores y pantallas QLED cuánticas, células solares, dispositivos médicos y otros productos electrónicos.
Esta semana se publicó una nueva técnica para hacer crecer estos cristales microscópicos. cienciaNo sólo encontraron una forma nueva y más eficiente de crear un tipo útil de punto cuántico, sino que también abrieron todo un grupo de nuevas sustancias químicas para que las exploren futuros investigadores.
“Estoy entusiasmado de ver cómo investigadores de todo el mundo pueden utilizar esta técnica para preparar nanocristales nunca antes imaginados”, dijo el primer autor Justin Ondry, ex investigador 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, logró estos notables resultados reemplazando los solventes orgánicos típicamente utilizados para fabricar nanocristales con sal fundida. — Literalmente cloruro de sodio sobrecalentado espolvoreado sobre papas 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 único problema es que nadie “Nunca habíamos considerado estos líquidos como medios para la síntesis coloidal”, dijo Dmitri Talapin, profesor de química en la Escuela de Ingeniería Molecular Pritzker de la Universidad de Chicago (UCicago 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 otorgado al equipo que los descubrió.
“Si hay un material en el nanomundo que ha tenido un impacto en la sociedad en términos de aplicaciones, es el punto cuántico”, dijo Eran Rabbani, profesor de la Universidad de California en Berkeley, coautor del artículo.
Sin embargo, gran parte de la investigación previa sobre puntos cuánticos, incluido el trabajo de Nobel, giró en torno a puntos creados utilizando combinaciones de elementos del segundo y sexto grupo de la tabla periódica, dijo Rabbani. Estos se denominan materiales “II-VI” (dos-seis).
Se pueden encontrar materiales más prometedores para los puntos cuánticos en otras partes de la tabla periódica.
Los elementos 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 serían excelentes puntos cuánticos, pero, con pocas excepciones, era imposible utilizarlos para hacer crecer nanocristales en solución. Las temperaturas requeridas para fabricar estos materiales eran demasiado altas para cualquier disolvente orgánico conocido.
La sal fundida puede conducir el calor, haciendo accesibles estos materiales que antes eran inaccesibles.
“Es este avance único en la síntesis de sales fundidas lo que el grupo del profesor Talapin fue pionero por primera vez en muchos materiales para los cuales la síntesis coloidal simplemente no estaba disponible anteriormente”, dijo el coautor Richard D. Schaller, que ocupa un cargo conjunto con el Laboratorio Nacional Argonne y la Universidad Northwestern. “Ahora se pueden lograr avances fundamentales y aplicados con muchos de estos materiales recientemente disponibles y, al mismo tiempo, toda una nueva frontera sintética está ahora disponible para la comunidad”.
La 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 Jirui Zhou, segundo autor del nuevo artículo.
Los iones de sal cargados positivamente y los iones de sal cargados negativamente tienen una fuerte atracción entre sí. Los objetos pequeños como los nanocristales tienen una carga superficial, por lo que los investigadores supusieron que atraer los iones de sal sería demasiado débil para hacer retroceder la carga. 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 es muy contrario a lo que los científicos han pensado tradicionalmente sobre estos sistemas”.
La nueva técnica podría significar nuevos componentes básicos para computadoras clásicas y cuánticas mejores y más rápidas, pero para muchos miembros del equipo de investigación, la parte verdaderamente emocionante es abrir nuevos materiales para estudiar.
“Muchas eras de la historia humana han sido definidas por los materiales disponibles para la humanidad; piense en la ‘Edad del Bronce’ o la ‘Edad del Hierro'”, dijo Ondry. “En este trabajo hemos desbloqueado la capacidad de sintetizar casi una docena de nuevas composiciones de nanocristales que permitirán tecnologías futuras”.