sábado, 16 de octubre de 2021

Heteroestructura de Al-Ge-Al en un nanoalambre: clave en la electrónica cuántica


 

La creación de dispositivos híbridos en los que se acoplan dos sistemas bien establecidos -un circuito superconductor y un punto cuántico- constituye un nuevo y promisorio campo de estudio. Estas uniones híbridas ya se han reportado en una amplia variedad de materiales y arquitecturas. Recientemente, el interés se ha centrado en nanoestructuras de germanio (Ge), debido a sus excepcionales propiedades y su adaptabilidad a los procesos de manufactura de dispositivos semiconductores. 

 

Investigadores Francia y Austria desarrollaron un proceso de fabricación en el que utilizaron heteroestructuras de Al-Ge-Al, que consisten en Al monocristalino e interfaces abruptas metal-semiconductor, para producir nanoalambres. El objetivo fue sondear el transporte electrónico a baja temperatura en puntos cuánticos de Ge intrínseco (iGe). 

 

Demostraron la capacidad de sintonizar un punto cuántico de Ge desde un régimen completamente aislante, a uno en el que el punto cuántico conduce mediante la ocupación de un solo hueco, y finalmente a un régimen de supercorriente que se asemeja a un transistor de efecto de campo de Josephson con una corriente crítica máxima de 10 nA a una temperatura de 390 mK.

 

Esta estructura muestra efectos únicos que son particularmente evidentes a bajas temperaturas. El aluminio se vuelve superconductor; pero no solo eso: esta propiedad también se transfiere al semiconductor de germanio adyacente y se puede controlar con campos eléctricos. Esto lo hace adecuado para aplicaciones complejas en tecnología cuántica. Una ventaja particular es que, al utilizar este enfoque, no es necesario desarrollar tecnologías completamente nuevas. En cambio, se pueden utilizar técnicas maduras y bien establecidas de fabricación de semiconductores  para habilitar la electrónica cuántica basada en germanio. 

 

Los resultados se han publicado recientemente en  Advanced Materials.

 

Mas información en Nanotecnology News

sábado, 9 de octubre de 2021

Crecimiento de monocapas de grafeno, monocristalinas, de área grande y libre de dobleces


 

Para producir grafeno de alta calidad y escalable a grandes áreas, la ruta de síntesis más promisoria es el método de descomposición química en fase vapor (CVD, por sus siglas en inglés). Las películas así obtenidas, sin embargo, contienen algunas imperfecciones como fronteras de grano, regiones con capas sobrepuestas y pequeñas ondulaciones con alturas menores a 1.5 nm,  o dobleces con alturas que van de decenas a centenas de nanómetros, que degradan el rendimiento de las aplicaciones del grafeno. Estos defectos se generan durante el proceso de enfriamiento, desde 1350 K hasta la temperatura ambiente, por los esfuerzos de compresión interfaciales debido a las diferencias de los coeficientes de expansión térmica entre el sustrato y el grafeno. A pesar de su importancia, el mecanismo de formación de los dobleces no se había estudiado y por lo tanto, no se entendía cómo se forman. Por esta razón, no se había producido grafeno libre de dobleces.

 

En este trabajo, un grupo de investigadores de la Republica de Corea del Sur y de Singapur reportaron un nuevo método de bajo costo para producir grafeno sobre láminas metálicas de Cu-Ni(111) monocristalinas. El método es fácilmente escalable a grandes áreas. El grafeno se produce por CVD en sistemas para producción masiva. La temperatura de crecimiento se mantuvo más baja que la reportada previamente, entre 1000 K y 1030 K. La calidad de las películas obtenidas se determinó en función de las bandas D y G en el espectro Raman, sensibles a los esfuerzos  interfaciales entre el grafeno y la película, asi como por miscroscopía electrónica de transmisión (TEM).

 

Para mayores detalles consultar la revista Nature

viernes, 1 de octubre de 2021

Catalizadores monoatómicos de platino anclados en nanocristales de CsPbBr3


 

Las perovskitas de haluro de plomo se han considerado materiales promisorios debido a sus excelentes propiedades fotoactivas y sus aplicaciones en diversos campos como celdas solares, diodos emisores de luz y fotodetectores. En particular, los nanocristales (NC) de haluro de plomo, de fórmula CsPbX3 (X = Br, I ) son prometedores en fotocatálisis, más cuando se combinan con átomos individuales de metal. Sin embargo, estos nanocompositos aún no se han logrado sintetizar experimentalmente, principalmente debido a la débil interacción entre el átomo de metal y la superficie de CsPbX3.

 

En este trabajo, un grupo de investigadores de China y Canadá demostró mediante un método fotoasistido que es posible depositar  átomos individuales de Pt en los NC de CsPbBr3. Primero se oxida parcialmente la superficie y posteriormente se anclan los átomos individuales de Pt por medio de enlaces Pt-O y Pt-Br.  Empleando la teoría del funcional de la densidad (DFT, del inglés density functional theory), los investigadores encontraron que el depósito de átomos individuales de Pt cambia significativamente las propiedades fotoactivas de los NC de CsPbBr3 al inducir la generación de estados de trampa profundos en la banda prohibida, lo que da como resultado una separación rápida de pares electrón-hueco fotogenerados. Debido a la rápida transferencia de los portadores desde el CsPbBr3 excitado a los átomos individuales de Pt, el nanocomposito Pt/CsPbBr3 exhibe una alta actividad en la semi-hidrogenación fotocatalítica de propino (CH3C≡CH).

 

Los NCs de CsPbBr3 pueden ser un sustrato adecuado para anclar otros átomos individuales de metal, como Cu, Au, Ag, Pd, etc.

 

Este trabajo fue publicado en ACS Nano

lunes, 27 de septiembre de 2021

Electrodos y cables de carbono para prendas de vestir electrónicas


 

Actualmente, los accesorios electrónicos portátiles inteligentes, como los relojes o los anteojos, están muy desarrollados. Por el contrario, el progreso en los textiles electrónicos ha sido lento debido a la dificultad de integrar materiales electrónicos rígidos a los tejidos flexibles. Las prendas de vestir electrónicas requieren fibras conductoras, duraderas, biocompatibles y que se puedan producir a gran escala. 

 

Un equipo de científicos estadounidenses ha creado electrodos y cables lavables, a manera de hilos, que se cosen a las prendas de vestir y transmiten señales a partir de filamentos de nanotubos de carbono puro (CNTT). Estos hilos son suaves como los hilos de coser estándar, pero tienen una conductividad similar al metal y una baja resistencia en la interface con la piel. Los electrocardiogramas (ECG) obtenidos con electrodos CNTT fueron comparables con las señales obtenidas con electrodos convencionales. Los cables de CNTT también se pueden utilizar  para transmitir señales a otras partes de la vestimenta. Finalmente, los textiles se pueden lavar a máquina y estirar muchas veces sin degradar la calidad de la señal. 

 

Estos resultados demuestran la promesa de los textiles sensores y los tejidos electrónicos, con una sensación de prenda de vestir estándar, que se pueden combinar con las técnicas tradicionales de fabricación de prendas.

 

Este estudio se publicó recientemente en Nano Letters

martes, 21 de septiembre de 2021

Nano "cámara" para seguir en tiempo real las reacciones químicas


 

Hasta ahora, no se había podido observar en tiempo real lo que sucede durante una reacción química, sólo era posible medir los productos finales del proceso.

 

Un grupo de investigadores de la Universidad de Cambridge fabricó una nano “cámara” que consiste en dos tipos de nanocristales (NCs) (o puntos cuánticos), donde el ensamblaje autolimitante de un componente NC controla la agregación del otro. Esta estrategia utiliza NCs  de InP / ZnS (3 nm) como moduladores de ensamblaje efectivos y de NCs de Au activada por moléculas cíclicas del tipo =C4H2N4O2= llamadas cucurbit[n]uril donde n es el número de estas moléculas de entre 5 y 60 nm, las cuales funcionan como pegamento de los NCs. Cuando estos elementos se combinan en agua con la molécula bajo estudio,  se forman rápidamente (en segundos)   agregados híbridos coloidalmente estables y los convierte en una herramienta poderosa que permite el monitoreo en tiempo real de reacciones químicas.

 

Al incidir luz, los ensamblajes resultantes  la colectan de manera eficiente dentro de las subestructuras de semiconductores, induciendo procesos de transferencia de electrones fuera de equilibrio, como en la fotosíntesis, que ahora se pueden monitorear con las NPs de Au que funcionan como sensores en tiempo real  aplicando espectroscopía Raman.

 

Pudieron usar la cámara para observar especies químicas que habían sido previamente  predichas teóricamente pero no observadas directamente.

 

La plataforma podría usarse para estudiar una amplia gama de moléculas para una variedad de aplicaciones potenciales  en fotocatálisis y  técnicas fotovoltaicas para la generación de energías renovables. 

 

Los resultados se publican en la revista Nature Nanotechnology.

 

Más información en Cambridge News

viernes, 10 de septiembre de 2021

Papeles plasmónicos para el cultivo celular y la detección de biomoléculas


 

El papel es un material que posee propiedades como  biocompatibilidad, porosidad, hidrofobicidad, resistencia mecánica, bajo costo y facilidad de producción a gran escala. Asimismo, su estructura se asemeja al microambiente celular. Por esto, el papel resulta ser una alternativa atractiva para generar modelos tridimensionales de cultivos celulares que imiten con precisión la arquitectura del tejido in vivo

 

Un grupo de investigadores de México, España y Alemania revisó la importancia de integrar nanomateriales plasmónicos, por ejemplo nanopartículas de Au, dentro de la estructura fibrosa del papel, para generar sustratos o papeles plasmónicos ideales como soporte y que simultáneamente funcionan como biosensores para la detección de señales fisicoquímicas producidas por las células cultivadas sobre ellos.

 

Los papeles plasmónicos junto con la espectroscopía de dispersión Raman  amplificada por la  superficie (SERS), constituyen una poderosa plataforma para detectar las señales químicas producidas por las células  bajo distintas condiciones del cultivo celular. Este tipo de papeles, aunados a la tecnología SERS,  son capaces de detectar metabolitos de muy baja producción durante el cultivo celular, como enzimas, factores de crecimiento, citocinas, aminoácidos, oxígeno y  especies de oxígeno altamente reactivas, entre otros. 

 

Por la misma razón, los papeles plasmónicos combinados con la SERS representan actualmente una herramienta crucial para la detección fácil y de bajo costo de enfermedades crónicas y metabólicas.

 

Los resultados fueron publicados en Materials Today Bio

domingo, 5 de septiembre de 2021

La pticografía electrónica logra resolución atómica, limitada solo por las vibraciones de la red


 

La microscopía electrónica de transmisión (TEM por sus siglas en inglés) juega un papel destacado en muchos campos de la ciencia como la física, la química, la biología estructural y la ciencia de los materiales. La calidad de las imágenes que se obtienen ha mejorado considerablemente por los avances en la óptica para la corrección de aberraciones, y la resolución espacial puede alcanzar el nivel de 50pm.

 

La pticografía es otro enfoque que consiste en tomar una serie de patrones de difracción barriendo diferentes puntos de la muestra con un haz de electrones de dimensiones muy pequeñas. En el caso de muestras ultra-delgadas como los materiales 2D, se ha logrado una resolución de hasta 3.9pm, lo que equivale a  2.5 veces el límite de difracción de las lentes. Para muestras más gruesas se ha intentado la pticografía de secciones múltiples (rebanadas) que representen a la muestra, pero solo se ha intentado en contadas ocasiones para probar el principio de la técnica.

 

En este trabajo, investigadores de Estados Unidos, Suiza y Alemania, demostraron experimentalmente que la pticografía electrónica multiseccional puede reconstruir imágenes al recuperar la respuesta lineal de la fase en función del grosor de la muestra y lograr así una resolución lateral igual al tamaño atómico intrínseco, limitado solo por las fluctuaciones térmicas.

 

Para las simulaciones y los datos experimentales se utilizaron muestras de PrScO3. En muestras de hasta 30nm de espesor, lograron observar la separación de dímeros Pr-Pr de 59pm, con una desviación estándar de 0.7pm y una resolución de 16pm.

 

Con esta técnica, combinada con la tomografía, es posible localizar dopantes específicos, individuales o en cúmulos, en las 3 dimensiones, con una resolución mayor al doble de los enfoques convencionales.

 

Los resultados fueron publicados reciente en la revista Science.