•• En el Instituto de Física,
Alejandra López Suárez ensaya con nanopartículas
de ambos materiales que la generan y amplifican dentro en un chip
• El equipo, que tiene una patente en trámite de esta
casa de estudios, podría usarse a futuro para fabricar guías
de onda encaminadas a transmitir señales, y en terapias contra
el cáncer
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.
“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.
-o0o-