L'elettronica moderna come la conosciamo, dai televisori ai computer, dipendono da materiali conduttori in grado di controllare le proprietà elettroniche. Mentre la tecnologia si riduce a dispositivi di comunicazione tascabili e microchip che possono stare sulla testa di uno spillo, i materiali conduttori di dimensioni nanometriche sono molto richiesti.
Ora, Prof. Eran Rabani della Scuola di Chimica dell'Università di Tel Aviv presso la Facoltà di Scienze esatte Raymond and Beverly Sackler, in collaborazione con i Proff. Uri Banin e Oded Millo all'Università Ebraica, è stato in grado di dimostrare come i nanocristalli semiconduttori possono essere drogati per cambiare le loro proprietà elettroniche ed essere usati come conduttori. Questo apre un mondo di possibilità, dice il prof. Rabani, in termini di applicazioni di piccoli dispositivi elettronici ed elettro-ottici, come diodi e fotodiodi, componenti elettrici utilizzati nei telefoni cellulari, fotocamere digitali, e pannelli solari.
I pannelli solari sono in genere realizzati da una giunzione pn. Quando assorbono la luce, la giunzione separa gli elettroni con carica negativa e le lacune con carica positiva, producendo una corrente elettrica, spiega il prof. Rabani. "Con questo nuovo metodo per drogare i nanocristalli per renderli sia di tipo p che di tipo n, speriamo che i pannelli solari possano essere resi non solo più efficienti, ma anche più economico, " dice. Questa ricerca è stata pubblicata di recente sulla rivista Science.
Progressi cristallini
Secondo il prof. Rabani, la ricerca per drogare elettricamente i nanocristalli è stata una battaglia in salita. I cristalli stessi hanno la capacità di auto-purificarsi, il che significa che si purificano dai droganti. Anche, Aggiunge, alcuni dei metodi sintetici per il drogaggio erano problematici su scala nanometrica:i cristalli non erano in grado di resistere alle tecniche di drogaggio applicabili ai semiconduttori sfusi.
Il tasto, spiega il prof. Rabani, era trovare un metodo per drogare i nanocristalli senza "sbiancare" le loro proprietà ottiche – e quindi annullare le loro capacità di assorbimento. Se puoi drogare i nanocristalli in questo modo, lui dice, apre le porte a molte applicazioni pratiche basate su materiali nanocristallini. "Tutto quello che puoi fare con i nanocristalli, puoi fare con i nanocristalli drogati e altro ancora controllando le loro proprietà elettroniche."
Queste sfide sono state aggirate con l'uso di reazioni a diffusione controllata a temperatura ambiente. I cristalli sono stati immersi in una soluzione che includeva i droganti, dove la lenta diffusione ha permesso alle impurità di trovare la loro strada nel nanocristallo.
I ricercatori hanno utilizzato un microscopio a effetto tunnel (STM), un dispositivo che immagini superfici a livello atomico, al fine di determinare il successo della loro procedura di doping. Queste misurazioni hanno indicato come l'energia di Fermi dei nanocristalli è cambiata dopo il doping, una caratteristica chiave nel controllo delle proprietà elettroniche dei dispositivi elettronici. I risultati, osserva il prof. Rabani, indicano che i nanocristalli sono stati drogati con entrambi i droganti di tipo n, indicando la presenza di elettroni in eccesso nei nanocristalli, e di tipo p, che contribuiscono ai fori caricati positivamente ai semiconduttori. Ciò consentirà il loro utilizzo nell'elettronica che richiede una giunzione pn, come i pannelli solari, diodi emettitori di luce, e altro ancora.
Ampliamento dello spettro dei nanocristalli
Non solo il prof. Rabani e i suoi colleghi sono riusciti a drogare i nanocristalli senza sbiancarne le proprietà ottiche, ma erano anche in grado di controllare le proprietà ottiche, vale a dire, la gamma di colori prodotta dai nanocristalli. Una volta drogato, le particelle di nanocristalli potrebbero cambiare colore, diventando più rosso o blu. Il prof. Rabani ei suoi colleghi sono stati in grado di sviluppare una teoria per spiegare queste osservazioni.
Il prof. Rabani afferma che questa tecnologia può fare molto. Semiconduttori dopanti, lui spiega, è stato fondamentale per lo sviluppo della tecnologia. "Parallelamente a questo, sappiamo anche di voler realizzare componenti elettrici molto piccoli. Una grande parte dell'elettronica o dell'ottica futura sarà basata sul drogaggio di nanoparticelle".
