Los científicos del Centro RIKEN para la Ciencia de la Materia Emergente y sus colegas han desarrollado con éxito una «superred» de puntos cuánticos semiconductores que pueden funcionar de manera muy similar a un metal. Resultó que la conductividad del nuevo material era un millón de veces mayor que las pantallas de puntos cuánticos existentes, mientras que el confinamiento cuántico de los puntos individuales se mantuvo. El equipo prevé mejoras significativas en las capacidades de superredes de puntos cuánticos y nuevas aplicaciones potenciales, como dispositivos de electroluminiscencia directa QD completos, láseres accionados eléctricamente, dispositivos termoeléctricos y detectores y sensores de alta sensibilidad.
Los científicos han desarrollado una superred de puntos cuánticos de semiconductores que funcionan como un metal, un avance significativo en el aprovechamiento de todo el potencial de los puntos cuánticos. Los investigadores lograron una conductividad similar a la del metal en esta red, un millón de veces mayor que las pantallas de puntos cuánticos actuales, sin comprometer el confinamiento cuántico. Este avance podría revolucionar la tecnología de puntos cuánticos, permitiendo nuevas aplicaciones en dispositivos de electroluminiscencia, láseres, dispositivos termoeléctricos y sensores.
Los investigadores del Centro RIKEN para la Ciencia de la Materia Emergente y sus colaboradores lograron crear una «superred» de puntos cuánticos semiconductores que pueden comportarse como un metal, lo que podría impartir nuevas propiedades interesantes a esta popular clase de materiales.
Los puntos cuánticos coloidales de semiconductores han atraído un gran interés de investigación debido a sus propiedades ópticas especiales, que surgen del efecto de confinamiento cuántico. Se utilizan en células solares, donde pueden mejorar la eficiencia de conversión de energía, imágenes biológicas, donde se pueden usar como sondas fluorescentes, pantallas electrónicas e incluso computación cuántica, donde se puede explorar su capacidad para atrapar y manipular electrones individuales.
Sin embargo, lograr que los puntos cuánticos de semiconductores conduzcan la electricidad de manera eficiente ha sido un gran desafío, lo que ha impedido su uso completo. Esto se debe principalmente a la falta de orden de dirección en los montajes. Según Satria Zulkarnaen Bisri, investigador principal del proyecto, que llevó a cabo la investigación en RIKEN y ahora se encuentra en la Universidad de Agricultura y Tecnología de Tokio, «hacerlos metálicos permitiría, por ejemplo, pantallas de puntos cuánticos que son más brillantes pero usan menos energía que los dispositivos actuales.”
Ahora, el grupo ha publicado un estudio en Nature Communications que podría hacer una gran contribución para lograr ese objetivo. El grupo, dirigido por Bisri y Yoshihiro Iwasa de RIKEN CEMS, creó una superred de puntos cuánticos coloidales semiconductores de sulfuro de plomo que muestran las propiedades de conducción eléctrica de un metal.
La clave para lograr esto fue lograr que los puntos cuánticos individuales en la red se conectaran entre sí directamente, «epitaxialmente», sin ligandos, y hacerlo con sus facetas orientadas con precisión.
Los investigadores probaron la conductividad del material que crearon y, al aumentar la densidad de la portadora usando un transistor eléctrico de doble capa, descubrieron que, en cierto punto, se volvió un millón de veces más conductivo que lo que está disponible actualmente en las pantallas de puntos cuánticas. . Es importante destacar que aún se mantuvo el confinamiento cuántico de los puntos cuánticos individuales, lo que significa que no pierden su funcionalidad a pesar de la alta conductividad.
“Los puntos cuánticos de semiconductores siempre se han mostrado prometedores por sus propiedades ópticas, pero su movilidad electrónica ha sido un desafío”, dice Iwasa. “Nuestra investigación ha demostrado que controlar con precisión la orientación de los puntos cuánticos en el ensamblaje puede conducir a una alta movilidad de electrones y un comportamiento metálico. Este avance podría abrir nuevas vías para el uso de puntos cuánticos de semiconductores en tecnologías emergentes”.
Según Bisri, “Planeamos realizar más estudios con esta clase de materiales y creemos que esto puede conducir a grandes mejoras en las capacidades de las superredes de puntos cuánticos. Además de mejorar los dispositivos actuales, esto podría dar lugar a nuevas aplicaciones, como dispositivos de electroluminiscencia directa QD completos, láseres accionados eléctricamente, dispositivos termoeléctricos y detectores y sensores de alta sensibilidad, que antes estaban fuera del alcance de los materiales de puntos cuánticos”.
Referencia: “Habilitación del comportamiento metálico en la superred bidimensional de puntos cuánticos coloidales de semiconductores” por Ricky Dwi Septianto, Retno Miranti, Tomoka Kikitsu, Takaaki Hikima, Daisuke Hashizume, Nobuhiro Matsushita, Yoshihiro Iwasa y Satria Zulkarnaen Bisri, 26 de mayo de 2023, Nature Comunicaciones.
DOI: 10.1038/s41467-023-38216-y
Además de RIKEN, el equipo incluyó investigadores del Instituto de Tecnología de Tokio, la Universidad de Tokio, SPring-8 y la Universidad de Agricultura y Tecnología de Tokio.
