Un equipo de investigación de la Universidad de Delaware recibe una ayuda de un millón de dólares de la Fundación Keck para desarrollar una novedosa investigación sobre la luz.

El equipo de la Universidad de Delaware (UD)  va a desarrollar nuevas estructuras de semiconductores que contienen múltiples capas de diferentes materiales, tales como el arseniuro de aluminio y arseniuro de bismuto galio, cada uno de sólo unos pocos nanómetros de espesor. Este «paisaje a medida» va a controlar el flujo de electrones en estados con diferentes energías potenciales, convirtiendo los fotones gastados una vez en energía útil.

El equipo UD ha demostrado teóricamente que sus semiconductores podrían alcanzar una eficiencia de conversión ascendente de 86 por ciento, lo que supondría una gran mejora frente a la eficiencia del 36 por ciento demostrada por los mejores materiales de hoy en día. Y lo que es más, según dice Doty, la cantidad de luz absorbida y la energía emitida por las estructuras podrían ser personalizadas para una variedad de aplicaciones, desde bombillas a la cirugía guiada por láser.

¿Cómo comenzar a hacer estructuras tan pequeñas que sólo se pueden ver con un microscopio electrónico?

En una técnica que el equipo de UD utilizará, llamado epitaxia de haz molecular, se construirán nanoestructuras mediante el depósito de capas de átomos de una en una a la vez. Cada estructura se pondrá a prueba para ver lo bien que absorbe y emite luz, y los resultados se utilizarán para adaptar la estructura para mejorar el rendimiento.

Los investigadores también desarrollarán una solución similar a la leche llena de millones de nanopartículas individuales idénticas, cada una de las cuales contiene múltiples capas de diferentes materiales. Las múltiples capas de esta estructura, al igual que las diferentes capas de caramelo en un M & M, implementarán el trinquete fotónico. A través de este tipo de trabajo, el equipo prevé una futura «pintura» de conversión ascendente que podría aplicarse fácilmente a las células solares, ventanas y otros productos comerciales.

Mejora de las pruebas médicas y tratamientos

Mientras que el enfoque inicial del proyecto de tres años estará en la mejora de captación de energía solar, el equipo también explorará aplicaciones biomédicas.

Una serie de pruebas de diagnóstico y tratamientos médicos, que van desde la TC y scanners PET a la quimioterapia, se basan en la liberación de tintes fluorescentes y drogas farmacéuticas. Idealmente, estas cargas se aplican tanto en sitios específicos de la enfermedad como en momentos específicos, pero esto es difícil de controlar en la práctica.

El equipo UD tiene como objetivo desarrollar una nanopartícula de conversión ascendente que puede ser activada por la luz para liberar su carga útil. El objetivo es lograr la liberación controlada de las terapias de drogas incluso en capas profundas dentro del tejido humano enfermo al tiempo que reduce el daño periférico al tejido normal, reduciendo al mínimo la potencia requerida del láser.

«Esto es investigación de alto riesgo y alta recompensa», dice Doty. «De alto riesgo porque no tenemos todavía los datos de prueba de concepto. De alta recompensa, ya que tiene un enorme impacto potencial desde áreas como la energía renovable hasta la medicina. Es increíble pensar que esta misma tecnología podría utilizarse para cosechar más energía solar y para tratar el cáncer».