Integración a nanoescala: crecimiento preciso de nanocristales de perovskita de haluro

Se desarrolló una nueva técnica para crear nanocristales de perovskita en las ubicaciones precisas, lo que permite una integración perfecta de estos materiales extremadamente frágiles en dispositivos a nanoescala.

Las perovskitas de haluro con propiedades optoelectrónicas excepcionales son de interés para células solares, LED y láseres. Si bien la integración a nanoescala se usa principalmente en dispositivos de película delgada o micrómetros, ofrece interesantes posibilidades, como fuentes de luz en chip, fotodetectores y memristores. Sin embargo, persisten los desafíos debido a la susceptibilidad al daño de las técnicas de fabricación tradicionales.

Los investigadores del MIT han desarrollado una técnica para cultivar nanocristales de perovskita de haluro individuales in situ que permite un control preciso del sitio a escalas inferiores a 50 nanómetros. El tamaño de los nanocristales se controla con precisión e influye en las propiedades. El crecimiento local evita pasos litográficos dañinos. La técnica escalable integra nanocristales en nanodispositivos. Los investigadores utilizaron esta técnica para fabricar conjuntos de nanoLED para comunicaciones ópticas, computadoras, microscopios, fuentes de luz cuántica y pantallas AR/VR.

Pequeños cristales, grandes desafíos

La integración de perovskitas de haluro en dispositivos a nanoescala es un desafío. Los investigadores están siguiendo dos enfoques diferentes. Uno de ellos era una película de perovskita frágil modelada con litografía a base de solvente; El otro eran cristales más pequeños que se recogieron y colocaron en el patrón deseado. En ambos casos, el control, la resolución y la integración limitados impiden la extensión de los materiales a los nanodispositivos. En cambio, los investigadores "cultivan" cristales de perovskita de haluro directamente en la superficie deseada para la fabricación de nanodispositivos. Su método localiza la solución para el crecimiento de nanocristales creando una plantilla de pozo, modificando la superficie y el interior de los pozos para controlar la "mojabilidad" y confinar la solución de perovskita en el interior. Aplica una solución de crecimiento de perovskita a la plantilla y, a medida que el solvente se evapora, se forman pequeños cristales en cada pocillo.

Una técnica versátil y sintonizable

Los investigadores encontraron que la forma de la depresión es crucial para el posicionamiento de los nanocristales. Las muescas cuadradas tienen la misma probabilidad de cristales en cada esquina. La buena manipulación de la forma crea fuerzas direccionales basadas en el gradiente de presión y la forma asimétrica para una colocación precisa. El equipo logró una gran precisión tanto en el cultivo como en la colocación de los nanocristales. Los investigadores descubrieron que podían controlar el tamaño del cristal ajustando el tamaño del pozo. La variación del volumen de la solución de crecimiento produce cristales más grandes o más pequeños. Se fabricaron conjuntos precisos de NanoLED para su uso en comunicaciones ópticas, computación, fuentes de luz cuántica, microscopía y pantallas de realidad virtual y aumentada de alta resolución.

Los investigadores planean explorar más aplicaciones, probando los límites de miniaturización de los dispositivos e integrándolos en sistemas cuánticos. El proceso ofrece oportunidades para nanodispositivos basados ​​en perovskita de haluro en chip. Facilita los estudios de materiales a nivel de nanocristales e inspira más investigaciones sobre materiales únicos.