Piccoli nanocluster di atomi di metallo, come oro e argento, hanno proprietà che significano che possono essere usati come semiconduttori, ha scoperto un gruppo di ricerca congiunto Swansea-Amburgo.

La scoperta apre le porte a un'ampia gamma di potenziali nuove applicazioni, dai display del telefono e dagli schermi più piatti alla tecnologia indossabile.

I semiconduttori sono il cuore dell'elettronica moderna. Tra i loro molti usi ci sono in dispositivi di visualizzazione per telefoni cellulari e televisori, rilevatori di luce, e celle solari per fornire energia.

I due principali tipi di semiconduttori basati su particelle già in uso sono i punti quantici colloidali e i semiconduttori organici. Questi materiali sono su scala nanometrica. Le loro dimensioni ridotte significa che sono soggetti a un fenomeno noto come confinamento quantistico, che provoca modifiche alle loro proprietà ottiche ed elettroniche. Queste modifiche li rendono adatti alle applicazioni previste.

I nanocluster metallici combinano aspetti di entrambi questi altri materiali. Come punti quantici colloidali, sono molto stabili. Come i semiconduttori organici, sono atomicamente precisi, o molecolare, contenenti un numero specifico di atomi nel loro nucleo metallico.

Però, nonostante contenga tutti gli ingredienti giusti, mai prima d'ora era stato dimostrato che i nanocluster metallici mostravano proprietà semiconduttive.

È qui che la squadra Swansea-Amburgo ha fatto il salto di qualità.

Il team ha ideato un modo per realizzare film di nanocluster costituiti da 25 atomi d'oro (Au25). Hanno quindi osservato che i nanocluster mostravano proprietà semiconduttive. Nello specifico, hanno osservato l'effetto di campo e la fotoconduttività nei fototransistor realizzati con questi film. Queste proprietà uniche sono caratteristiche di tutti i materiali semiconduttori.

Il team è composto da ricercatori del dipartimento di chimica dell'Università di Swansea e dell'Università di Amburgo in Germania.

Il professor Christian Klinke del dipartimento di chimica della Swansea University ha spiegato le potenziali applicazioni di questa scoperta:

"La scoperta delle proprietà dei semiconduttori nei nanocluster metallici potrebbe aprire la strada a una varietà di nuove applicazioni, dai transistor ad effetto di campo e fotorivelatori ai diodi emettitori di luce e alle celle solari.

Questi dispositivi potrebbero essere fabbricati su basi flessibili. Molti nanocluster metallici, compresi quelli che abbiamo esaminato in questo rapporto, hanno una stabilità quasi infinita, che potrebbe renderli adatti per applicazioni di stampa a getto d'inchiostro.

Dobbiamo basarci su questa scoperta e perfezionare ulteriormente la tecnica. Ma questa scoperta indica la strada da percorrere. Dimostra che possiamo utilizzare nanocluster metallici per produrre film semiconduttori di alta qualità facili da assemblare".

Altri ricercatori del team hanno spiegato altre potenziali applicazioni:

Il dottor Andrés Black dell'Università di Amburgo ha dichiarato:

"L'affinità del nucleo metallico con diverse funzionalità molecolari potrebbe renderli sensori di gas altamente sensibili"

Michael Galchenko, anche dell'Università di Amburgo ha detto:

"L'integrazione con altri materiali a bassa dimensionalità potrebbe produrre eterostrutture con funzionalità nuove e interessanti".

Professor Owen Guy, capo del dipartimento di chimica della Swansea University, disse:

"I semiconduttori sono al centro del nostro lavoro qui a Swansea, sia nel nostro dipartimento di chimica che nel nostro Center for NanoHealth. Il lavoro di Christian è molto entusiasmante per i materiali semiconduttori di nuova generazione, un'area in cui la Swansea University sta conducendo attività, con i nostri partner del settore.

Questi risultati, reso possibile dai nostri stretti legami con Amburgo, rappresentano un significativo passo avanti nel settore. Dimostra che per la ricerca, per quanto riguarda l'insegnamento, il nostro dipartimento di chimica è in prima linea".

I risultati sono stati pubblicati sulla rivista, Materiale avanzato .