Para el desarrollo de chips fotónicos y gafas de realidad aumentada de súper alta resolución, un equipo de la Universidad de Tsinghua (China) ha utilizado su exclusiva técnica de impresión 3D basada en litografía de dos fotones para crear estructuras 3D volumétricas de nanocristales puros. Los investigadores utilizaron la luz como un catalizador para fusionar los nanocristales en una serie de formas intrincadas. Se espera que esta técnica elimine las impurezas de polímeros asociadas con el proceso de impresión 3D. Hasta ahora, la integridad estructural de los nanocristales impresos en 3D exigía el uso de aditivos poliméricos, pero los dispositivos de alto funcionamiento deben ser 100% nanocristales.
Los polímeros limitan la integridad de los nanocristales impresos en 3D que podrían usarse en tecnologías muy prometedoras, como los chips fotónicos integrados. Estos chips, que transmiten datos utilizando fotones de luz en lugar de electrones, se están promocionando como posibles soluciones a los problemas de integración y generación de calor en la electrónica, desafíos que frenan el desarrollo de dispositivos más pequeños, más rápidos y mejores.
Actualmente, los dispositivos optoelectrónicos activos generalmente se construyen utilizando un enfoque epitaxial de semiconductores, un tipo de crecimiento de cristales o deposición de material determinado por una capa de semillas cristalinas. Pero los materiales utilizables y las estructuras de los dispositivos son bastante limitados. Se cree que unos chips fotónicos más accesibles serán clave para el próximo gran aumento en capacidad y velocidad de transmisión de datos.
Nanoimpresión 3D con litografía de dos fotones
La nueva técnica de nanoimpresión 3D utiliza litografía de dos fotones, un proceso mediante el cual un haz de luz de un láser induce la absorción de dos fotones en un material, lo que desencadena reacciones fotoquímicas que unen las superficies de los nanocristales.
El equipo de Tsinghua utilizó puntos cuánticos de núcleo-cubierta de seleniuro de cadmio/sulfuro de zinc, los puntos cuánticos semiconductores más populares. Estos tienen un excelente rendimiento y estabilidad en la emisión de luz, lo que será útil en nanodispositivos optoelectrónicos y fotónicos. La excitación de sus pares electrón-hueco también se induce con relativa facilidad mediante la luz visible en estos materiales.
Imitando el proceso de fotocatálisis, el equipo utilizó luz para excitar el par de huecos de electrones y transferir los huecos de alta energía hacia ligandos que habían sido unidos químicamente a las superficies de sus nanocristales formando un puente. Utilizando esta técnica, el grupo creó de todo, desde formas rectas parecidas a andamios hasta formas de nanocristales rizadas y tridimensionales de apariencia mecánica.
Los nanocristales puros también podrían ser componentes útiles para microsensores o como parte de dispositivos de comunicación óptica, detección y energía, además de poder impulsar el desarrollo de cascos de realidad virtual de última generación. Existe una alta demanda de una mayor cantidad de píxeles en pantallas portátiles para dispositivos de realidad virtual y aumentada.
Con la nueva técnica, los investigadores imprimieron dispositivos de alta resolución de menos de 77 nm, lo que podría permitir la impresión de diodos emisores de luz (LED) de puntos cuánticos de resolución ultraalta con resoluciones de píxeles de más de 100.000 puntos por pulgada.
El siguiente paso es ver si el grupo puede realizar este proceso en una mayor variedad de nanocristales y luego examinar con la industria las posibilidades de nuevos nanodispositivos fotónicos/optoelectrónicos.