La partículas pequeñas y fáciles de producir, denominadas como puntos cuánticos, pronto reemplazarán a los más caros semiconductores de cristal único en la electrónica avanzada. Aunque los puntos cuánticos han comenzado a penetrar en el mercado de consumo a través de los televisores, se han visto obstaculizados por las incertidumbres de esta tecnología sobre su calidad. Ahora una nueva técnica de medición desarrollada por investigadores de la Universidad de Stanford puede finalmente disolver esas dudas.

Los investigadores se centraron en la eficiencia con que los puntos cuánticos reemiten la luz que absorben, una medida reveladora de la calidad del semiconductor. Si bien anteriores intentos de averiguar la eficiencia de los puntos cuánticos apuntaban a un alto rendimiento, este es el primer método de medición realmente confiable que demuestra cómo podrían competir con los cristales simples. Esta técnica de medición podría llevar al desarrollo de nuevas tecnologías y materiales que requieran conocer la eficiencia de los semiconductores en profundidad.

“Estos materiales son tan eficientes que las mediciones actuales no fueron capaces de cuantificar su rendimiento. El desarrollo de este nuevo método de medición es un gran paso adelante. impulsando la investigación en aplicaciones que requieran materiales con una eficiencia de luminiscencia muy superior al 99%, la mayoría de los cuales aún no se han inventado”, declaró Paul Alivisatos, el distinguido profesor de nanociencia y nanotecnología de Samsung en la Universidad de California, Berkeley, y autor principal del estudio.

Entre el 99 y el 100% de rendimiento

El evitar utilizar equipos de fabricación costosos no es la única ventaja de los puntos cuánticos. Incluso antes de este trabajo, había señales de que los puntos cuánticos podrían acercarse o superar el rendimientos de algunos de los mejores semiconductores. También son altamente personalizables. Al cambiar su tamaño se cambia la longitud de onda de la luz que emiten, una característica realmente útil para aplicaciones basadas en color.

A pesar estas cualidades positivas, el pequeño tamaño de los puntos cuánticos significa que igual se necesitan tomar miles de millones de ellos para hacer el trabajo de un solo cristal grande y perfecto. Hacer tantos puntos cuánticos significa una mayor posibilidad de que se produzca un crecimiento incorrecto, aumentado por tanto la posibilidad de un defecto que pueda obstaculizar conseguir el máximo rendimiento. Las técnicas que miden la calidad de otras semiconductores preveen que los puntos cuánticos emiten sobre el 99% de la luz que absorben pero este dato no es suficiente para responder sobre sus potenciales defectos. Para hacer esto, los investigadores necesitaron desarrollar una técnica de medición más adecuada para evaluar con precisión estas partículas.

“Queremos medir las eficacias de emisión en el ámbito de entre el 99,9 y el 99,999 por ciento porque, si los semiconductores son capaces de reemitir como luz cada fotón que absorben, se pueden desarrollar dispositivos nunca antes vistos”, explica David Hanifi, estudiante de graduado en química en Stanford y coautor de la investigación.

La técnica de los investigadores consistió en verificar el exceso de calor producido por los puntos cuánticos energizados en lugar de sólo evaluar la emisión de luz, ya que el exceso de calor es un señal de una emisión ineficiente. Esta técnica, comúnmente utilizada para otros materiales, nunca se había aplicado para medir puntos cuánticos de esta manera y es 100 veces más precisa que otras técnicas usadas en el pasado. Los resultados muestran cómo los grupos de puntos cuánticos emitían de una manera fiable aproximadamente el 99,6 % de la luz que absorben (con un error potencial de 0,2% en cualquier dirección), que es comparable a las mejores emisiones de semiconductores de cristal único.

“Fue sorprendente para nosotros que una películas con múltiples posibles defectos sea lo mejor sea tan buena como el semiconductor más perfecto que se pueda desarrollar” señala Alberto Salleo, profesor de ciencia de los materiales e ingeniería en Stanford, y tambíen coautor de la investigación

Contrariamente a lo que se pensaba, los resultados sugieren que los puntos cuánticos son sorprendentemente tolerantes a los defectos. La nueva técnica de medición es también la primera en resolver fácilmente cómo se comparan entre sí las diferentes estructuras de puntos cuánticos. La forma de estos puntos cuánticos debería guiar el diseño de nuevos materiales emisores de luz, señalan los investigadores.

Desarrollo de tecnologías totalmente nuevas

Un siguiente paso en este proyecto es desarrollar mediciones aún más precisas. Si los investigadores pueden determinar que estos materiales pueden alcanzar el 99,999 por ciento, eso abre la posibilidad de desarrollo de tecnologías nuncas vistas antes. Dicho todo esto, las mediciones que ya han establecido son un hito propio, que probablemente fomente un impulso más inmediato en la investigación y las aplicaciones de puntos cuánticos.

“Las personas que trabajan en estos materiales de puntos cuánticos han pensado durante más de una década que estos podrían ser tan eficientes como los materiales de cristal único. Ahora, hemos logrado probarlo”, concluye Hanifi.

Créditos de imagen: Ella Marushchenko «Una representación artística de cerca de puntos cuánticos emitiendo luz que han absorbido».