Un nuevo tipo de semiconductor puede estar llegando a una pantalla de alta definición cerca de usted. Los científicos del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley del Departamento de Energía Berkeley Lab han demostrado que una clase de semiconductores llamada perovskitas de haluro es capaz de emitir múltiples y brillantescolores de un solo nanocable a resoluciones tan pequeñas como 500 nanómetros.
Los resultados, publicados en línea esta semana en la primera edición de la Actas de la Academia Nacional de Ciencias representan un desafío claro para las pantallas de puntos cuánticos que dependen de los nanocristales semiconductores tradicionales para emitir luz. También podría influir en el desarrollo de nuevas aplicaciones en optoelectrónica, fotovoltaica, láseres nanoscópicos y fotodetectores ultrasensibles, entre otros.
Los investigadores utilizaron la litografía de haz de electrones para fabricar heterouniones de nanocables de perovskita de haluro, la unión de dos semiconductores diferentes. En aplicaciones de dispositivos, las heterouniones determinan el nivel de energía y las características de banda prohibida, y por lo tanto se consideran un elemento clave de la electrónica moderna y la energía fotovoltaica.
Los investigadores señalaron que la red en las perovskitas de haluro se mantiene unida por enlaces iónicos en lugar de covalentes. En los enlaces iónicos, los átomos de cargas opuestas se atraen entre sí y transfieren electrones entre sí. Los enlaces covalentes, por el contrario, ocurren cuandolos átomos comparten sus electrones entre sí.
"Con la perovskita de haluro inorgánico, podemos intercambiar fácilmente los aniones en los enlaces iónicos mientras mantenemos la naturaleza cristalina única de los materiales", dijo el investigador principal del estudio, Peidong Yang, científico principal de la División de Ciencias de Materiales de Berkeley Lab. "Esto nos permitepara reconfigurar fácilmente la estructura y la composición del material. Es por eso que las perovskitas de haluro se consideran semiconductores de celosía blanda. Los enlaces covalentes, en cambio, son relativamente robustos y requieren más energía para cambiar. Nuestro estudio básicamente demostró que podemos cambiar bastante la composición decualquier segmento de este semiconductor blando "
En este caso, los investigadores probaron la perovskita de haluro de plomo y cesio, y luego utilizaron una técnica de nanofabricación común combinada con la química de intercambio aniónico para intercambiar los iones de haluro para crear yoduro de plomo, bromuro y perovskitas de cloruro de cesio.
Cada variación dio como resultado un color diferente emitido. Además, los investigadores mostraron que se podían diseñar múltiples heterouniones en un solo nanocable. Pudieron lograr un tamaño de píxel de hasta 500 nanómetros, y determinaron que el color del material erasintonizable en todo el rango de luz visible.
Los investigadores dijeron que la técnica de procesamiento químico de soluciones utilizada para tratar esta clase de semiconductores blandos y unidos iónicamente es mucho más simple que los métodos utilizados para fabricar semiconductores coloidales tradicionales.
"Para los semiconductores convencionales, la fabricación de la unión es bastante complicada y costosa", dijo el coautor del estudio, Letian Dou, quien realizó el trabajo como becario postdoctoral en el laboratorio de Yang. "Las altas temperaturas y las condiciones de vacío generalmente están involucradas para controlar elcrecimiento y dopaje de materiales. Controlar con precisión la composición y propiedad de los materiales también es un desafío porque los semiconductores convencionales son 'duros' debido a la fuerte unión covalente ".
Para intercambiar los aniones en un semiconductor blando, el material se empapa en una solución química especial a temperatura ambiente.
"Es un proceso simple y es muy fácil de ampliar", dijo Yang, quien también es profesor de química en UC Berkeley. "No es necesario pasar largas horas en una habitación limpia, y nono necesita altas temperaturas "
Los investigadores continúan mejorando la resolución de estos semiconductores blandos y están trabajando para integrarlos en un circuito eléctrico.
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Materiales proporcionado por Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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