REVISTA DE INGENIERIA DYNA

Se logró un gran avance en la síntesis de nanocables al descubrir una nueva forma de silicio altamente densa y dominar un nuevo proceso escalable de grabado sin catalizador para producir ultrapequeños nanocables de silicio de dos a cinco nanómetros de diámetro. Para tener un punto de referencia de escala humana, podríamos decir que cada cabello de una persona tiene un ancho de 60 nanómetros.
Hace unos 10 años, se produjo un resultado inusual de un experimento con obleas de silicio. El material era diferente del que se pretendían producir.
Se descubrió que la sustancia era silicio con una nanoestructura parecida a un alambre “muy, muy pequeña”. Pudieron reproducir el nuevo material, pero cuando intentaron mejorar el proceso de síntesis, los nanocables no crecieron, y tuvieron que estudiar el mecanismo de síntesis y la estructura y propiedades a escala atómica del material.
El material tenía una estructura altamente comprimida, reducida entre un 10% y un 20% en comparación con el silicio normal, que normalmente no es estable en tal estado comprimido.
A través del análisis computacional y el modelado, se pudo demostrar que, a pesar de las propiedades inusuales, el nuevo material era una forma de silicio con una capa muy delgada de óxido en la parte superior, lo que probablemente ayudaba a mantener la compresión.
Una de las razones por las que el silicio se usa ampliamente como semiconductor en microelectrónica, como chips de computadora, circuitos integrados, transistores, diodos de silicio y pantallas de cristal líquido, es que es barato y abundante. Según la Royal Society of Chemistry, es el segundo elemento más abundante en la corteza terrestre después del oxígeno, pero no se encuentra en su estado puro y sin combinar en la naturaleza. Se puede encontrar en arena, cuarzo, pedernal, granito, mica y arcilla, entre otras piedras y minerales.
Sin embargo, el silicio tradicional no puede soportar altas temperaturas y, por lo tanto, está limitado a aplicaciones de menor potencia. Tiene una banda utilizable de 1,11 electronvoltios (la banda utilizable determina la energía necesaria para que los electrones del material semiconductor conduzcan electricidad al ser estimulados por fuentes externas).
El nuevo material tiene una banda utilizable ultra ancha de 4,16 eV, un récord mundial. La banda ultraancha implica que el material necesita estímulos más grandes para conducir la electricidad, pero puede operar a alta potencia, alta temperatura y altas frecuencias. Los nanocables de silicio producidos a partir de este nuevo material serán adecuados para dispositivos electrónicos de potencia, transistores, diodos y LED.
A diferencia del silicio normal, el nuevo material es altamente resistente a la oxidación. También es fotoluminiscente, capaz de emitir luz azul y púrpura, que puede usarse para iluminación ultravioleta y en diodos de luz azul.
También se ha creado un nuevo método para producir nanocables de silicio, llamado grabado químico con vapor, que elimina material en lugar de formar cristales. Como resultado, pueden fabricar nanocables que son de 10 a 20 veces más pequeños que los nanocables de silicio que se utilizan comercialmente en la actualidad.
Los procesos de síntesis de nanocables conocidos anteriormente utilizan partículas de catalizador para hacer crecer cristales de silicio.
Los nuevos nanocables de silicio pueden mejorar las baterías de iones de litio. Además, agregar algunos materiales seleccionados como fósforo o nitrógeno (una técnica llamada dopaje) puede conducir a otras propiedades interesantes y permitir otras aplicaciones.