Piastrine al posto dei punti quantici

La ricerca scientifica sui punti quantici colorati (QD) è iniziata negli anni '80 e questi nanocristalli sono entrati a far parte della vita quotidiana: L'industria elettronica li utilizza nei televisori LCD per migliorare notevolmente la riproduzione dei colori e quindi la qualità delle immagini.

I punti quantici sono nanocristalli sferici fatti di materiale semiconduttore. Quando questi cristalli vengono eccitati con la luce, si illuminano di verde o di rosso - a seconda della loro dimensione, che è compresa tra due e otto nanometri. Le forme sferiche possono essere prodotte in modo molto controllato.

Cristalli rettangolari sottili come wafer

Qualche anno fa, un nuovo tipo di nanocristallo è apparso più o meno casualmente sul radar dei ricercatori: Le nanopiastrine. Come i punti quantici, queste strutture bidimensionali hanno dimensioni di pochi nanometri, ma hanno una forma rettangolare piatta e uniforme. Sono estremamente sottili, spesso con uno spessore di pochi strati atomici. Le piastrine devono a questo fatto una delle loro proprietà più sorprendenti: Il loro bagliore è estremamente puro.

Finora, tuttavia, era un mistero come si formassero le piastrine e quali fossero le leggi che le regolano. Il professor David Norris dell'ETH e il suo team hanno ora risolto il mistero: "Ora sappiamo che non esiste una formula magica per la creazione di nanopiastrine, ma solo la scienza", sottolinea il professore di ingegneria dei materiali dell'ETH di Zurigo.

In uno studio appena pubblicato sulla rivista "Nature Materials", i ricercatori utilizzano nanopiastrine di seleniuro di cadmio per mostrare come raggiungono la loro speciale forma piatta.

Crescita senza modello

Finora la ricerca ha ipotizzato che per questa crescita precisa fosse necessaria una sorta di stampo. Gli scienziati hanno ipotizzato la creazione di una sorta di modello mescolando speciali composti di partenza e solventi in cui produrre questi nanocristalli piatti.

Tuttavia, Norris e colleghi non sono riusciti a dimostrare l'influenza di tali stampi negli esperimenti - al contrario: le piastrine possono crescere in semplici fusioni dei materiali di partenza cadmio carbossilato e selenio senza alcun solvente.

Creato un modello teorico di crescita

Sulla base di questa scoperta, i ricercatori hanno sviluppato un modello teorico con cui hanno simulato la crescita delle piastrine. Grazie a questo modello, gli scienziati hanno potuto dimostrare che un nucleo di cristallizzazione si forma inizialmente in modo spontaneo da pochi atomi di cadmio e selenio. Questo nucleo di cristallizzazione può dissolversi nuovamente e formarsi in modo diverso. Tuttavia, una volta superata una dimensione critica, si trasforma in una piastrina.

Per ragioni energetiche, il cristallo piatto cresce solo sul lato stretto, fino a mille volte più velocemente che sulla superficie. Su questo lato, la crescita è molto più lenta perché sulla superficie ci sono più atomi mal legati. L'energia è necessaria per stabilizzarli.

Modello confermato sperimentalmente

Infine, i ricercatori sono stati in grado di confermare il loro modello sperimentalmente producendo nanopiastrine di oro di fool (pirite, FeS).₂) sono state prodotte. Queste piastrine hanno potuto essere prodotte esattamente secondo le previsioni del modello con i materiali di partenza ferro e ioni di zolfo.

"Il fatto che siamo riusciti a creare per la prima volta tali cristalli dall'oro degli stolti è molto interessante", afferma Norris. "Il seleniuro di cadmio è il materiale semiconduttore più noto con il quale sono stati fatti studi su questi nanocristalli. Tuttavia, è altamente tossico e quindi non è adatto all'uso quotidiano. Uno degli obiettivi dei ricercatori è quindi quello di produrre nanopiastrine a partire da sostanze meno tossiche o non tossiche.

Ulteriori sviluppi sono in apertura

Al momento Chi siamo può solo fare ipotesi sul potenziale delle nanopiastrine. Si tratta di un'alternativa interessante ai punti quantici, in quanto offrono diversi vantaggi rispetto ad essi, afferma. Ad esempio, possono produrre colori come il verde in modo migliore e più brillante. Inoltre, trasferiscono l'energia in modo più efficiente, il che li predestina all'uso nelle celle solari. Inoltre, questi dischi sarebbero adatti anche per i laser.

Ma hanno anche degli svantaggi. Con i punti quantici, ad esempio, il colore può essere regolato all'infinito creando cristalli di dimensioni diverse. Non è così per le piastrine. Il loro colore può essere regolato solo per gradi, a causa della stratificazione degli strati atomici.

Tuttavia, questa limitazione può essere mitigata con alcuni "trucchi": La lunghezza d'onda della luce emessa dalle piastrine può essere regolata con precisione incapsulandola in un diverso materiale semiconduttore.

"Solo il tempo ci dirà se la nostra scoperta susciterà l'interesse dell'industria dei display", afferma Norris. Alcune aziende utilizzano attualmente LED organizzati (Oled), altre utilizzano punti quantici. Non è chiaro dove si stia dirigendo la tecnologia. Tuttavia, questo studio rappresenta una base importante per studiare un'ampia gamma di materiali nanoplatelet. "Questo potrebbe dare ai nanocristalli semiconduttori un vantaggio significativo in futuro", afferma l'ETH.