Investigadores de la LMU desarrollan un método innovador para el análisis de calidad de nanocristales, crucial para la producción a gran escala y el avance en tecnologías cuánticas y solares.
Los nanocristales, componentes esenciales en una amplia gama de dispositivos como televisores y laptops, son considerados materiales clave para la próxima generación de tecnologías cuánticas, de sensores y solares. Sin embargo, su potencial no se ha explotado completamente debido a su heterogeneidad inherente: una única solución puede contener miles de millones de nanocristales con propiedades que varían significativamente. Aunque es posible caracterizar estas partículas, los parámetros de calidad importantes suelen ser accesibles solo como valores promedio a través de toda la muestra. “Para su función en los dispositivos, estos valores promedios son insuficientes”, señala el profesor Emiliano Cortés, investigador del Instituto Nano de la LMU. “Cada nanopartícula individual puede comportarse de manera diferente, por ejemplo, en tamaño o en la eficiencia con la que emite luz.”
Cortés y su equipo han cerrado esta brecha mediante un nuevo enfoque publicado recientemente en la revista Nature Materials. En este estudio, los investigadores determinan el tamaño y el rendimiento cuántico de miles de nanocubos de perovskita directamente en solución y en un tiempo reducido. “Hemos desarrollado un método de alto rendimiento basado en luz que permite el control de calidad a nivel de partícula individual”, explica el Dr. Christoph Gruber, primer autor del estudio. “Esto es crucial para la producción confiable de materiales y los dispositivos construidos a partir de ellos.”
La colaboración estrecha con otros investigadores de LMU fue fundamental para el éxito del estudio, especialmente con el equipo liderado por el profesor Alexander Urban, especializado en la síntesis de nanocristales de perovskita. Este grupo produjo los nanocubos utilizados en el estudio. Los nanocubos investigados tienen menos de 20 nanómetros y pueden diferir significativamente en su rendimiento óptico incluso dentro de muestras aparentemente uniformes. Urban agrega: “Ahora podemos observar específicamente partículas individuales e identificar tendencias claras: los nanocristales más pequeños, por ejemplo, muestran un mayor rendimiento cuántico.”
Lograr un análisis rápido fue técnicamente desafiante; miles de partículas deben medirse con rapidez, precisión y reproducibilidad. “Un gran desafío fue manejar los grandes volúmenes de datos y establecer una línea de análisis confiable”, comenta el Dr. Andrea Mancini, co-primer autor del estudio. Además, los nanocristales son materiales sensibles que pueden reaccionar a la exposición intensa a luz, oxígeno o humedad. “Tuvimos que asegurarnos que realmente estábamos midiendo el material original”, explica Cortés.
Con este nuevo método, los investigadores ahora pueden vincular sistemáticamente el tamaño y la función de las nanopartículas individuales por primera vez, lo que resulta útil para el desarrollo material. “El control de calidad a nivel individual no había sido posible antes”, enfatiza Gruber. La tecnología ha atraído también la atención del Consejo Europeo de Innovación, que apoya su desarrollo hacia aplicaciones prácticas con una subvención EIC Transition por €2.45 millones.
Los nanocristales se utilizan en millones de dispositivos, incluidos televisores y laptops, y son considerados materiales clave para tecnologías futuras como la cuántica, sensores y energía solar. Sin embargo, su potencial no se ha realizado completamente debido a su heterogeneidad inherente.
Los investigadores han desarrollado un método basado en luz que permite el control de calidad a nivel de partículas individuales, lo que es crucial para la producción confiable de materiales y dispositivos. Este enfoque permite medir rápidamente el tamaño y el rendimiento cuántico de miles de nanocristales por separado.
Los desafíos incluyen medir miles de partículas de manera rápida, precisa y reproducible, así como manejar grandes volúmenes de datos. También es importante asegurar que las mediciones reflejen el material original y no productos de degradación.
La nueva metodología permitirá vincular sistemáticamente el tamaño y la función de nanopartículas individuales, optimizando así la calidad del material antes de su integración en dispositivos. Esto podría llevar a mejoras significativas en el rendimiento de dispositivos optoelectrónicos escalables.