Los investigadores han avanzado un desafío de décadas en el campo de los semiconductores orgánicos, abriendo nuevas posibilidades para el futuro de la electrónica.
Los investigadores, liderados por la Universidad de Cambridge y la Universidad Tecnológica de Eindhoven, han creado un semiconductor orgánico que obliga a los electrones a moverse en un patrón espiral, lo que podría mejorar la eficiencia de las pantallas OLED en pantallas de televisión y teléfonos inteligentes, o impulsar tecnologías informáticas de próxima generación como la espintrónica y la computación cuántica.
Es como trabajar con un conjunto de Lego con todo tipo de formas que puedas imaginar, en lugar de solo ladrillos rectangulares. Richard Amigo
El semiconductor que desarrollaron emite luz polarizada circularmente, lo que significa que la luz transporta información sobre la — mano‘de electrones. La estructura interna de la mayoría de los semiconductores inorgánicos, como el silicio, es simétrica, lo que significa que los electrones se mueven a través de ellos sin ninguna dirección preferida.
Sin embargo, en la naturaleza, las moléculas a menudo tienen una estructura quiral (izquierda o derecha): al igual que las manos humanas, las moléculas quirales son imágenes especulares entre sí. La quiralidad juega un papel importante en procesos biológicos como la formación de ADN, pero es un fenómeno difícil de aprovechar y controlar en la electrónica.
Pero mediante el uso de trucos de diseño molecular inspirados en la naturaleza, los investigadores crearon un semiconductor quiral empujando pilas de moléculas semiconductoras para formar columnas espirales diestras o zurdas ordenadas. Su resultados se informan en la revista Ciencia.
Una aplicación prometedora para semiconductores quirales está en la tecnología de visualización. Las pantallas actuales a menudo desperdician una cantidad significativa de energía debido a la forma en que las pantallas filtran la luz. El semiconductor quiral desarrollado por los investigadores emite luz de forma natural de una manera que podría reducir estas pérdidas, haciendo que las pantallas sean más brillantes y más eficientes energéticamente.
“Cuando comencé a trabajar con semiconductores orgánicos, muchas personas dudaban de su potencial, pero ahora dominan la tecnología de pantallas,” dijo el profesor Sir Richard Friend del Laboratorio Cavendish de Cambridge, quien codirigió la investigación. “A diferencia de los semiconductores inorgánicos rígidos, los materiales moleculares ofrecen una flexibilidad increíble—, lo que nos permite diseñar estructuras completamente nuevas, como LED quirales. Es como trabajar con un conjunto de Lego con todo tipo de formas que puedas imaginar, en lugar de solo ladrillos rectangulares
El semiconductor se basa en un material llamado triazatruxeno (TAT) que se autoensambla en una pila helicoidal, permitiendo que los electrones giren en espiral a lo largo de su estructura, como el hilo de un tornillo.
“Cuando se excita con luz azul o ultravioleta, el TAT autoensamblado emite luz verde brillante con una fuerte polarización circular, un efecto que hasta ahora ha sido difícil de lograr en los semiconductores, dijo el coautor Marco Preuss, de la Universidad Tecnológica de Eindhoven. “La estructura de TAT permite que los electrones se muevan de manera eficiente mientras afectan la forma en que se emite la luz.”
Al modificar las técnicas de fabricación de OLED, los investigadores incorporaron con éxito TAT en el trabajo de OLED polarizados circularmente (CP-OLED). Estos dispositivos mostraron niveles récord de eficiencia, brillo y polarización, lo que los convierte en los mejores de su tipo.
“Weimve esencialmente reelaboró la receta estándar para hacer OLED como lo tenemos en nuestros teléfonos inteligentes, lo que nos permite atrapar una estructura quiral dentro de una matriz estable y no cristalizante, dijo el coautor Rituparno Chowdhury, del Laboratorio Cavendish de Cambridge. “Esto proporciona una forma práctica de crear LED polarizados circularmente, algo que ha eludido durante mucho tiempo el campo
El trabajo es parte de una colaboración de décadas entre el grupo de investigación Friendiends y el grupo del profesor Bert Meijer de la Universidad Tecnológica de Eindhoven. “Este es un verdadero avance en la fabricación de un semiconductor quiral,” dijo Meijer. “Al diseñar cuidadosamente la estructura molecular, weisve acopló la quiralidad de la estructura al movimiento de los electrones y thatis nunca se había hecho en este nivel antes.”
Los semiconductores quirales representan un paso adelante en el mundo de los semiconductores orgánicos, que ahora respaldan una industria por valor de más de $60 mil millones (aproximadamente £45 mil millones). Más allá de las pantallas, este desarrollo también tiene implicaciones para la computación cuántica y la espintrónica, un campo de investigación que utiliza el espín, o momento angular inherente, de los electrones para almacenar y procesar información, lo que podría conducir a sistemas informáticos más rápidos y seguros.
La investigación fue apoyada en parte por la Red de Formación Marie Curie de la Unión Europea y el Consejo Europeo de Investigación. Richard Friend es miembro de St Johns College, Cambridge. Rituparno Chowdhury es miembro de Fitzwilliam College, Cambridge.
Referencia
Rituparno Chowdhury, Marco D Preuss et al. ‘Electroluminiscencia polarizada circularmente a partir de películas delgadas semiconductoras supramoleculares quirales.’ Ciencia (2025). DOI:10.1126/ciencia.adt3011
Universidad de Cambridge News. Traducido al español
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