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Nano científico

Entrevista con el Dr. Muhammad Y. Bashouti Departamento de Física, Instituto Max-Planck para la ciencia del grupo de luz de nanoestructuras fotónicas

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Dr. Muhammad Y. Bashouti,
Departamento de Física, Instituto Max-Planck para la ciencia del grupo de luz de nanoestructuras fotónicas

La ingeniería de crecimiento y superficie de nanohilos para aplicaciones optoelectrónicas de nanohilos (NWs) son un candidato prometedor para la realización del altamente integrados electrónica, fotónica y dispositivos optoelectrónicos como en cuanto a los estudios fundamentales en Ciencias naturales. 

¿Qué es la ciencia de la luz y lo que podemos aprender de lo que se aplica a las nuevas tecnologías?

La ciencia de la luz en nuestro grupo en el Max Planck en Erlangen se centra en los campos de investigación que son particularmente innovadores o especialmente exigentes en cuanto a financiación o los requisitos de tiempo. En particular; nuestro interés está en algún lugar entre investigación básica y desarrollo de la tecnología con un enfoque en las nanoestructuras fotónicas para diversas aplicaciones en las áreas de área grande, nano y opto electrónicas, ópticas y eléctricas de detección así como nano-fotónica. Esto implica la síntesis, construcción y estructuración de nuevos materiales de nano y nanocompuestos junto con su caracterización y modelado. Este trabajo cubre una amplia variedad de diferentes disciplinas científicas que van desde la física de materia condensada, semiconductores y física teórica, física y química orgánica para ingeniería disciplinas como ingeniería mecánica y eléctrica así como ciencia de los materiales. Es importante mencionar que ese grupo está liderado por el Prof. Dr. Silke Christiansen que es también el Director del Instituto de Nano-arquitectura para la conversión de energía en el centro de Helmholtz para materiales y energía en Berlín.

 

¿Qué son los nanomateriales fotónicos y cómo son útiles en la sociedad?

Los nanomateriales fotónicos pueden ser definidos por la combinación de "fotónico" y "nanomateriales" que es la interacción de la luz (fotón) generación, detección y manipulación (a través de emisión, y transmisión) con nanomateriales. Por lo tanto, muchas clases de materiales tales metamateriales, cristales fotónicos, plasmónica, estructuras difrangentes pueden ser incluidas. Los nanomateriales fotónicos con transferencia eficiente de óptica (o eléctrica) manteniendo los estándares, pertenecen a los mayores desafíos de la humanidad en el siglo 21. Nuestras propuestas de ciencias y tecnología tendrán un impacto importante en la tecnología de futuro y en definitiva en nuestra vida diaria. Respondiendo a las preguntas científicas y tecnológicas que nos hemos planteado a nosotros mismos, la innovación y desarrollo de dispositivos serán revelados y se hará. La transferencia de datos rápida, alta capacidad de almacenamiento a nivel de unos pocos nanómetros y ahorro de energía son ejemplos del impacto de la investigación entre la luz y la materia.

¿Por qué los nanohilos semiconductores?

Dada la demanda para sistemas de siempre más comprimidos y rápidos, hay un creciente interés en el desarrollo de nano-dispositivos que permitan nuevas funcionalidades y mejoren el rendimiento. En los últimos 50 años, la escala de la electrónica basada en silicio cambió a dimensiones cada vez más pequeñas y el enfoque de los mecanismos de diseño de dispositivos cambiados de a granel a las propiedades de superficie e interfaz que llegó a ser significativamente más importante. Con los avances en la fabricación de nanomateriales, nanocables de silicio (Si NW), en particular, desarrollaron una amplia variedad de conceptos de los nuevos nano-dispositivos. Una pregunta legítima es: ¿Qué diferencia a un nanocable de silicio de sistemas a granel? La respuesta es principalmente a la plataforma creíble en la cual construir la próxima generación de dispositivos optoelectrónicos. Siempre son semiconductores, debido a su cociente de aspecto se puede utilizar simultáneamente como la región activa del dispositivo, por ejemplo, el canal de un transistor, efecto de campo, o para conectar diferentes dispositivos, la capacidad para manipular sus propiedades a través de control de sus superficies (por las moléculas por ejemplo), y – más importante – pueden ser naturalmente integrados dentro de la nanotecnología basada en Si existente.

 

¿Qué son nanohilos de silicio basados en células solares y por qué son importantes?

Las células solares basadas en alineación NW Si pueden desnudar el potencial de eficiencia > 15%. Ellas pueden ser fabricadas en simples o multi-capas de silicio cristalino (mc-Si) en obleas de Si o cristal respectivamente. Eso puede realizarse a través de un acercamiento de arriba hacia abajo como iones reactivos (RIE) con patrones de nano área litográfica utilizando densamente empacadas esferas de poliestireno (PS). Los parámetros geométricos tales como diámetro, longitud, densidad y forma de SiNWs pueden ajustarse para absorciones más altas (cerca del 90%). Se presentan varios conceptos de célula solar SiNW: (i) una célula orgánica/inorgánica híbrida con base amortiguador basado en SiNW y un agujero conducente de polímero (PEDOT:PSS - procedimientos de encapsulación para la estabilidad de largo plazo sugerido); (ii) una célula semiconductora-aisladora-semiconductora (SIS) con amortiguador de SiNW, óxido (pocos angstroms Al2O3 por deposición de capa atómica - ALD)) túneles barreras para separación del portador de carga y un óxido conductor transparente (TCO – aquí: Al:ZnO, por ALD). La célula solar de prototipos de película fina inicial alcanzaron voltajes de circuito abierto tensiones en vacío de > 630 mV, corto - circuito densidades de corriente de hasta ~ 30 mA/cm 2 y eficiencia > 13%.

 

¿Qué es la caracterización optoelectrónica y cómo se hace?

Las microscopías correlacionadas / espectroscopías son usadas para mejorar materiales / células: (i) electrones inducidos por corriente (EBIC) – para el estudio de distribuciones de portador de la carga en nano-arquitecturas; (ii) difracción de rayos del electrón (EBSD) – para el estudio de calidad estructural de la multi-capa de Si cristalino antes y después de modelar; (iii) mediciones de integrar de la esfera, eficiencia cuántica externa, foto - cátodo - luminiscencia-para estudio de propiedades ópticas y (iv) 4 - punto nano - sondeo de NWs individuales – para estudiar las propiedades eléctricas. Se evalúan nuevos electrodos (por ejemplo webs de nanocable de grafeno, plata) para mejorar aún más las células.

 

¿Por qué es importante entender las propiedades de superficie y que equipo se utiliza para medir propiedades de superficie?

La gran superficie por unidad de volumen de los nano materiales los hace muy sensibles a las características de superficie tales como morfología superficial, topografía y física/uniones químicas con otros átomos y moléculas. De hecho, la terminación de uniones colgando con producto químico de la superficie o mitades bioquímicas se espera tener un impacto significativo en el propiedades finales físicas y químicas de los nanomateriales (como nanohilos). Por lo tanto, los compuestos Si NW basado se pueden escalar hacia abajo a nivel molecular por funcionalización de superficies aplicando, que cubre las superficies de NW con moléculas adheridas los átomos superficiales individuales. El NWs Si resultantes se conocen como "híbridos-Si NWs". Por ejemplo, un cuerpo grande de la química se ha desarrollado para vincular fracciones mitades químicamente oxidadas a las superficies Si NW, generalmente a través de la química -OH y silicio libre de óxido a través de uniones Si C. Por lo tanto, es esencial para comprender las propiedades de superficie y carga de intercambio entre las superficies de NW y su volumen en un nivel microscópico. La principal herramienta analítica adoptada en ciencia de superficies es espectroscopia del fotoelectrón y sonda kelvin. Los diagramas de banda se extraerán de basadas en este análisis y correlación con propiedades eléctricas y materiales de NWs.

 

¿Con tanta discusión sobre la luz, puede decirnos lo que la materia y energía oscura son y lo que nos dicen sobre el universo?

La interacción entre la luz y la materia da mucha información sobre nuestro entorno. Desde el primer descubrimiento pionero de Hasan Ibn al-Haytham (Alhazen) hacia lo que realmente significa el 10o siglo, el campo de la óptica de obtener un gran punto de luz de los investigadores y una materia hipotética nueva fueron sugeridos como materia oscura. En general, la materia oscura es un término utilizado en Astronomía y Cosmología para describir la materia que es imperceptible por su radiación emitida, pero cuya presencia puede ser inferida a partir de efectos gravitatorios sobre la materia visible y compuesta de barions, es decir, protones y neutrones. Curiosamente, en 1998, científicos de la NASA observaron con la ayuda del Telescopio Espacial Hubble (HST) que el universo realmente se estaba expandiendo más lentamente de lo que está hoy. Para que la expansión del universo no haya sido frenada debido a la gravedad, como todos pensaban, ha estado acelerándose. Los teóricos aún no saben cuál es la explicación correcta, pero han dado a la solución un nombre y se llama "energía oscura".

 

¿Qué es luz blanca y cómo puede utilizarse en nuestra sociedad en el futuro?

El ahorro de energía es crucial para la humanidad hoy en día. Las fuentes de luz brillantes y blancas se considerarán como un ahorro de energía y son necesarias para la humanidad en muchas disciplinas tales como vivienda, carreteras, etcétera. Así, el gran trabajo de Shuji Nakamura, uno de los tres receptores del Premio Nobel 2014 para la física se consideraba como el inventor del LED azul, un gran avance en tecnología de iluminación. Junto a Isamu Akasaki y Hiroshi Amano, poseen el mérito por la invención de eficientes diodos emisores de luz azul, que han permitido fuentes de luz blancas brillantes y ahorro de energía. Este es un ejemplo de la importancia de la contribución de la ciencia para la sociedad y el impacto de la luz relacionada con la comprensión de la física de materiales.

 

¿Cómo está la tira de Mobius y la polarización de la luz ayudando a científico a estudiar la luz y las partículas?

Las tiras de Möbius son simplemente una estructura tridimensional que tienen solamente un lado. Son muy sencillas de crear, por ejemplo, torciendo un pedazo de papel le da la la forma de Möbius. La cinta de Möbius creada a partir de la polarización de la luz y abre nuevas posibilidades para el procesamiento de material y para y nanotecnología y confirmando la predicción del campo teórico electromagnético de la luz.

 

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¿Cuáles son los nuevos hallazgos más interesantes en el Instituto Max-Plank que actualmente están expandiendo nuestra comprensión de nuestro mundo?

Creo que la mejor respuesta para entregar es para continuar la discusión de la pregunta anterior. La banda de Möbius generada por luz láser por los científicos del Instituto Max Planck para la ciencia de la luz (nuestro director Prof. Dr. GerdLeuchs) y Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU), entre otros, podría ser la herramienta óptica adecuada para producir las correspondientes estructuras nano-escópico de un material. Sugiero contactar con él para obtener más información.