Al conocer el proceso de confinamiento, científicos del IFUAP desarrollan nuevos materiales.

El objetivo de la investigación es fabricar láseres de tamaño nanométrico

BUAP. 10 de enero de 2017. Tras realizar investigaciones con silicio poroso (SiP), Antonio Méndez Blas y Estela Calixto, investigadores del Instituto de Física “Ing. Luis Rivera Terrazas” de la BUAP (IFUAP), descubrieron que el confinamiento a nivel nanométrico es posible en otros semiconductores e incluso en dieléctricos. Por tal motivo, diseñan nuevos procesos basados en la técnica de electrodepósito para desarrollar materiales que contribuyan a mejorar la tecnología electrónica actual y basarla en la fotónica; es decir, en la manipulación de la luz por medio de materiales de diseño específico.

La investigación consiste en depositar sobre un sustrato rígido o flexible un material con propiedades ópticas, por medio de la técnica de electrodepósito. Una vez realizado, se procede a nanoestructurarlo. Este proceso puede seguir dos vías: por un lado es posible realizar un ataque electroquímico que elimine parte del material y, por otro, puede utilizarse el mismo SiP como plantilla o “molde nanométrico” durante el depósito. En cualquiera de las dos posibilidades, la idea es mejorar las propiedades ópticas del material, como son la de transmisión/reflexión o emisión de luz.

“En el caso de los semiconductores, el confinamiento a escala nanométrica se asocia a la sintonización del bangap electrónico, parámetro fundamental para aumentar la eficiencia de conversión de energía en las celdas solares, por citar un ejemplo”, precisó el doctor Méndez Blas.

La técnica de electrodepósito es un proceso electroquímico que permite la preparación de depósitos sólidos en película delgada, sobre la superficie de materiales conductores o sustrato, que en este caso se trata de óxidos conductores transparentes como el ITO o FTO. También se pueden utilizar metales como plata, aluminio o incluso acero modificado; además de sustratos flexibles como poliamida conductora.

El electrodepósito se lleva a cabo por la acción de la corriente eléctrica que circula a través de una celda electroquímica, un dispositivo que consta de dos o tres electrodos sumergidos en un electrolito. Este procedimiento es de bajo costo y permite su escalamiento a nivel industrial.

“La maravilla de las técnicas electroquímicas es que dado el potencial eléctrico adecuado, sólo es posible depositar un material específico, a pesar de la presencia de elementos adicionales o no deseados en la solución electrolítica. Por ello, esta técnica se conoce por ser autopurificante. Además el potencial es específico para cada sustrato, por lo cual el uso de plantillas no afecta el proceso químico, pero sí tiene el efecto físico de confinamiento”, indicó el científico.

El doctor Antonio Méndez Blas, también integrante del Cuerpo Académico Física Aplicada y nivel I del Sistema Nacional de Investigadores, explicó que es tarea de investigación definir los potenciales de depósito y las condiciones químicas adecuadas para cada caso. Los materiales depositados en esta etapa son fluoruros y óxidos como fluorita y esquelita, cuyas propiedades ópticas son conocidas por tener importantes aplicaciones láser cuando son dopados con otros iones, por ejemplo lantánidos y actínidos.

El siguiente paso en esta investigación es realizar la caracterización y confinamiento, para probar si tienen una amplificación de la luz diferenciada con el material en bulto. De esta manera, abundó, se tendrán nanoestructuras de materiales con propiedades ópticas ya importantes, puesto que el objetivo a largo plazo es fabricar emisores de luz (láseres) de tamaño nanométrico y así aportar nuevos elementos en la construcción de procesadores ópticos para sustituir eventualmente la tecnología electrónica actual usada en procesadores.

Méndez Blas, doctor en Física de Materiales por la Universidad Autónoma de Madrid, en España, señaló que como resultado de la investigación ya se tienen sustratos dopados con iones lantánidos ópticamente activos, a través de una metodología establecida y reproducible. Sin embargo, dijo, la investigación todavía se encuentra en proceso, tanto desde el punto de vista teórico como experimental.

Si bien, comentó el investigador, “los retos experimentales se están superando poco a poco con proyectos desarrollado con la Unión Europea, en una red con la Universidad de California, en San Diego, Estados Unidos y de ciencia básica, financiados por Conacyt”, en el área teórica recién se empiezan a abordar estos temas, con colaboraciones realizadas en el IFUAP y el IPN.