català | castellano | english home   sitemap   aviso legal   créditos   contacto  
home home

Javier Rodríguez

Title: (CdSe)ZnS core-shell quantum dots: Synthesis and characterization of a size series of highly luminescent nanocrystallites
Author(s): Dabbousi BO, RodriguezViejo J, Mikulec FV, et al.

Aquest treball es va dur a terme durant la meva estada postdoctoral en els grups dels professors Klaus F. Jensen i Moungi Bawendi al Massachusetts Institute of Technology de Boston, durant els anys 1995 a 1997. Poc abans de la meva arribada, el grup del professor Bawendi havia aconseguit un èxit sense precedents en sintetitzar per primer cop nanopartícules semiconductores de CdSe, amb una distribució de grandària inferior al 5% i amb una eficiència d’emissió de llum de  prop del 10%. Aquesta fita va permetre estudiar les propietats físiques de conjunts de partícules amb suficient resolució com per investigar el caràcter quasi-atòmic de les transicions òptiques. Els punts quàntics, com s’anomenen aquestes nanopartícules, tenen un gap d’energia que varia en funció de la mida del material. Així, en el cas del CdSe, el gap pot variar entre 1.7 i 2.8 eV, cobrint el rang de llum visible a l’ull humà. Això simplement significa que quan una nanopartícula esfèrica de radi 30 nm és excitada amb llum ultraviolada d’alta energia, emet llum vermella, però si la nanopartícula té 4 nm emet llum verda.  Per tant, una propietat intrínseca del material, com ara la diferència d’energia entre la banda de valència i la de conducció, es pot modificar a voluntat canviant el nombre d’àtoms (la mida) de la partícula.

Com a investigador amb experiència prèvia en la síntesi de capes primes semiconductores, la meva tasca fou intentar incorporar aquestes nanopartícules en matrius semiconductores, mitjançant tècniques de deposició en fase vapor. Però abans de tot, s’havia de millorar molt l’eficiència d’emissió de llum. En Bashir Dabbousi —un estudiant de doctorat d’en Bawendi— i jo mateix fórem els encarregats d’intentar millorar aquests valors per aconseguir avançar cap a les potencials aplicacions d’aquests sistemes. L’estratègia es basava en minimitzar la recombinació no-radiativa de l’excitó amb els estats electrònics provinents dels defectes superficials del recobrint de la nanopartícula semiconductora, amb un altre material de gap més gran i amb un paràmetre de xarxa semblant. Recordo que durant l’hivern de 1995 i la primavera i estiu de 1996 vam treballar intensament amb diferents materials, en una vertiginosa competència amb altres grups americans que treballaven alhora en sistemes semblants.

Els resultats van ser molt positius i, cap a la tardor de 1996, ja havíem aconseguit recobriments efectius d’unes poques monocapes de material amb eficiències d’emissió de llum molt superiors als nanocristalls convencionals en gairebé tot el rang de llum visible.  L’efecte més destacable fou en els nanocristalls més petits, els quals emetien llum blava. Pocs mesos abans el grup del professor Hines, de la Universitat de Chicago, havia demostrat que el recobriment de ZnS era un dels més efectius. A part del procés de síntesi vam efectuar una intensa caracterització física i estructural, la qual ens va permetre entendre millor les condicions de la preparació i part de la física subjacent. Altres aspectes  de la discretització dels nivells d’energia i del paper dels excitons en l’emissió de llum haurien d’esperar, encara alguns anys més, per ser identificats amb claredat.


L’article va tenir i té una molt bona acollida en la comunitat científica internacional. En l’actualitat rep unes 200 citacions anuals, i és una referència habitual en molts articles que parlen d’altres estructures nanomètriques de tipus core-shell. Part del seu èxit es deu al fet que actualment aquestes nanopartícules tenen aplicacions biològiques, és a dir, que el seu camp d’influència ha transcendit de la física o la química.    

En la mateixa època l’artista del MIT Felice Frankel va fotografiar els colors emesos per les nostres nanopartícules en suspensió. El resultat fou una fotografia captivadora i suggerent que exemplifica com poques la influència de la nanoescala en les propietats físiques dels materials. La fotografia, la qual fou portada de la revista científica on varem publicar l’article, ha donat la volta al mon en diferents llibres. Molts investigadors la fan servir actualment com a exemple de la importància de la nanoescala en l’àmbit de la nanociència i la nanotecnologia, una àrea de recerca en plena expansió. Aquesta investigació no només ha tingut connotacions científiques de primer ordre, sinó que ha traspassat l’àmbit purament científic i les patents derivades d’aquest treball són explotades per companyies privades amb la intenció d’aplicar aquests sistemes com a marcadors biològics i/o dispositius electroluminiscents.




bottom