Diseñan en la UNAM dispositivo nanoestructurado con silicio y plata que amplifica la luz


Dentro de un pequeño chip, delgado como una lámina y de escala micrométrica, Alejandra López Suárez, investigadora del Instituto de Física (IF) de la UNAM, introduce y acomoda nanopartículas de silicio y plata que emiten y amplifican luz.



Aún en fase experimental, este dispositivo, que cuenta con una patente en trámite de esta casa de estudios, podría servir a futuro en las áreas de la optoelectrónica, para enviar y recibir señales, y en la medicina, para realizar terapias dirigidas a combatir tumores cancerosos.

Un pozo cuántico

El silicio en bulto, como lo conocemos en la naturaleza, es el mejor material semiconductor y fue base del desarrollo de la microelectrónica en la segunda mitad del siglo XX, lo anterior porque es muy abundante en la naturaleza, económico y fácil de trabajar; pero es muy poco eficiente al producir luz, es decir, su fotoluminiscencia es casi nula, lo que hace que no sea adecuado para aplicaciones en dispositivos emisores.

“En 1990 se observó una acentuada fotoluminiscencia de este material al presentar dimensiones nanométricas, pues por efectos de confinamiento cuántico se convierte en un emisor eficiente de luz en el visible y en otras regiones del espectro electromagnético. Estas nanoestructuras han despertado gran interés por sus posibles aplicaciones en la optoelectrónica”, detalló la doctora en física.

Esto ocurre porque, a nivel nanométrico, empiezan a ocurrir procesos cuánticos que no siguen las mismas reglas que la física clásica. “Como consecuencia del confinamiento cuántico, en el silicio nanoestructurado, se produce un incremento en la energía de la brecha prohibida, lo que aumenta la probabilidad de la recombinación radiativa e incrementa la fotoluminiscencia”, explicó López Suárez.

Laboratorio en un chip

El dispositivo que desarrolla la investigadora universitaria es nanoestructurado, puede ser del tamaño de micras, y dentro se albergan dos tipos de nanopartículas: las de silicio (también llamadas puntos cuánticos de silicio), que producen la fotoluminiscencia del sistema, y las de plata (aunque ya ensaya también con oro), que al acoplarse con las primeras, producen la amplificación de la señal.

Dentro de un pequeño chip, delgado como una lámina y de escala micrométrica, se introducen y acomodan nanopartículas de silicio y plata que emiten y amplifican luz.


“Se le conoce como laboratorio en un chip, porque el dispositivo mismo genera luz, pero también puede amplificarla y graduarla, de tal manera que tenemos un equipo que puede ampliar la señal sin necesidad de contar con un transistor”, detalló.


Consiste en una matriz de sílice (dióxido de silicio de alta pureza), en la que se introducen, mediante implantación iónica, átomos de silicio y plata, para formar en su interior una distribución de nanocristales de silicio y una de nanopartículas de plata.

“En el Instituto de Física tenemos el acelerador de partículas Peletrón, que permite realizar implantaciones de múltiples elementos y a diferentes energías. Según la energía y el ángulo de implantación del haz de los iones, así como de la afluencia, es posible obtener capas de nanopartículas de diferentes espesores y a diferentes profundidades, con un control sobre estas dos variables.

“De esta manera, podemos cambiar la distancia entre las nanopartículas de silicio y las de plata, ambas localizadas dentro de la de sílice, y así obtener diferentes grados de amplificación de la señal fotoluminscente”.

Esta “arquitectura atómica” se logra al implantar los iones (átomos con carga eléctrica) dentro de la matriz de sílice, una vez que se han obtenido del acelerador Peletrón, en donde el silicio, la plata o el oro se producen a partir de cátodos del mismo material.

“Por medio de erosión iónica es posible sacar del cátodo los átomos de silicio o plata, que después pasarán por el tanque acelerador, para finalmente llegar a la cámara de implantación”, precisó.

Hasta ahora, aclaró, se ha construido el dispositivo con nanopartículas de silicio y plata, y en una segunda etapa usaremos oro como elemento amplificador.

Hornear, acomodar y enfriar

Una vez que se cuenta con los iones implantados, es necesario nuclearlos para obtener las nanopartículas semiconductoras y metálicas; esto se hace con el reconocimiento de las muestras a diferentes temperaturas en atmósferas reductoras u oxidantes, según el material. Además de formar las nanopartículas, este proceso también permite pasivar los defectos formados en la sílice durante la implantación iónica.

Cada elemento se hornea por separado, y una vez concluido este paso, se logra una placa de sílice muy dura y resistente, que en su interior contiene nanopartículas de silicio y de plata, implantadas a diferentes profundidades, que le den al material una alta estabilidad, así como un fácil manejo y duración del dispositivo, con lo que se obtiene un nuevo material con propiedades ópticas que permiten incrementar la señal fotoluminiscente.

De esta manera, se crea un dispositivo que integra en una sola matriz el agente emisor de luz con tamaño del orden de los nanómetros, y el agente amplificador de la misma, con dimensión en la misma escala.


Fuente: Dirección General de Comunicación Social
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