22/12/2011 - Mejoran la conductividad de los semiconductores orgánicos

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Un equipo de investigadores de la Universidad de Stanford ha empaquetado moléculas, mediante una nueva técnica, a más del doble de la velocidad a la que la carga eléctrica puede moverse a través del material semiconductor.

Según han señalado los expertos, los semiconductores orgánicos podrían marcar el comienzo de la era de los teléfonos inteligentes plegables, nuevas pantallas de alta definición y ropa hecha de materiales que puedan aprovechar la energía del sol para cargar diferentes dispositivos. Sin embargo, el mayor inconveniente hasta el momento ha sido que los semiconductores orgánicos no conducen muy bien la electricidad.

En un artículo publicado en la revista 'Nature', investigadores de Stanford, dirigidos por el ingeniero químico Zhenan Bao, describen cómo han mejorado la capacidad de los electrones para moverse a través de los semiconductores orgánicos. El secreto está en empaquetar las moléculas mientras se forman los cristales de los semiconductores (entramado tenso).

Bao y sus colaboradores han más que duplicado el récord de la conductividad eléctrica de un semiconductor orgánico. "Los entramados tensos no son ningún secreto. Hemos sabido de sus propiedades desde hace décadas, y se utilizan en los chips de silicio de los ordenadores actuales; sin embargo, hasta ahora nadie ha tenido éxito en la creación de una red tensa y estable de semiconductores orgánicos con una distancia muy corta entre las moléculas", explica Bao.

En el pasado, los ingenieros han tratado de comprimir los entramados de estos materiales sintéticamente, produciendo los cristales bajo una gran presión. No obstante, tan pronto como se libera la presión, el cristal sólo vuelve a su estado natural.

El equipo de Bao ha utilizado una técnica similar a un proceso de recubrimiento bien conocido en la industria de semiconductores; colocando una fina capa líquida del semiconductor entre dos placas de metal, la placa inferior se calienta y la placa superior flota sobre el líquido, deslizándose a través de ella, así, a medida que la placa superior se mueve, se expone la solución a un solvente vaporizado y, calentados por la placa inferior, los cristales forman una fina película.

Los ingenieros pudieron entonces manipular la velocidad a la que se mueve la placa superior, el espesor de la capa, la temperatura de la placa inferior, y otros factores de ingeniería para lograr resultados óptimos.

Los cristales forman diferentes estructuras según la velocidad a la que se mueve la placa superior. Estas diferencias son evidentes en las fotografías; a bajas velocidades, los cristales forman estructuras largas y rectas, a velocidades más altas, los cristales forman patrones tremendamente irregulares, y en otras velocidades los patrones se asemejan a copos de nieve pequeños. Los ingenieros observaron que la conductividad eléctrica óptima se consigue cuando la placa superior se traslada a 2,8 milímetros por segundo.

Según el doctor Stefan Mannsfeld, científico del equipo y experto en dispersión de rayos X de la Universidad de Stanford, "nuestro análisis ha permitido, no sólo ver el impacto de la tensión en la geometría de la red, sino también determinar la forma exacta del paquete de moléculas".

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