09.09.2021 - Johann Wolfgang Goethe-Universität Frankfurt (Main)

Nuevas clases de sustancias para los nanomateriales

Nanoesferas y láminas de diamante de silicio y germanio

Químicos de la Universidad Goethe de Fráncfort han desarrollado dos nuevas clases de materiales en el campo de los nanomateriales y los han investigado junto con sus socios de cooperación de la Universidad de Bonn: por primera vez, han logrado producir una nanoesfera de átomos de silicio y un bloque de construcción para un cristal similar al diamante de los elementos semiconductores silicio y germanio. Las dos nuevas clases de materiales tienen aplicaciones potenciales en la miniaturización de los chips informáticos, en las pantallas de alta resolución de los teléfonos inteligentes y en las células solares y los diodos emisores de luz con los más altos niveles de eficiencia.

Las últimas generaciones de chips informáticos tienen un tamaño de sólo unos pocos nanómetros y son cada vez más potentes y ahorradores de energía gracias a su progresiva miniaturización. Dado que los procesos de grabado utilizados tradicionalmente en la producción de chips están alcanzando cada vez más sus límites, es esencial el desarrollo de nuevos materiales semiconductores nanoestructurados. Estos nano semiconductores también desempeñan un papel fundamental en la conversión de la electricidad en luz y viceversa.

Un equipo de la Universidad Goethe de Fráncfort, dirigido por Matthias Wagner, ha logrado sintetizar nanoesferas moleculares de 20 átomos de silicio, los llamados silafulleranos. La segunda clase de materiales nuevos son bloques de construcción de cristales hechos de 10 átomos de silicio y germanio que tienen una estructura similar a la del diamante. Los análisis teóricos por ordenador del grupo de investigación de Stefan Grimme, en Bonn, han aportado información decisiva sobre las estructuras electrónicas de los nuevos compuestos.

Los 20 átomos de silicio del silafullerano forman un dodecaedro, un cuerpo compuesto por pentágonos regulares. Encierra un ion de cloruro. Un átomo de hidrógeno sobresale en cada esquina del cuerpo de silicio. El estudiante de doctorado Marcel Bamberg, que sintetizó la molécula, explica: "Nuestro silafullerano es el progenitor largamente buscado de esta nueva clase de sustancias. Los átomos de hidrógeno pueden sustituirse fácilmente por grupos funcionales, lo que confiere al silafullerano diferentes propiedades". El químico cuántico de Bonn Markus Bursch añade: "Apoyamos la generación dirigida de propiedades potencialmente útiles con predicciones teóricas de sus efectos resultantes".

El adamantano de silicio y germanio representa el bloque de construcción de una aleación mixta de silicio y germanio. Benedikt Köstler, que está desarrollando los compuestos como parte de su tesis doctoral, afirma: "Estudios recientes han demostrado que las aleaciones de silicio-germanio son superiores a los semiconductores de silicio puro en importantes áreas de aplicación. Sin embargo, la producción de estas aleaciones es muy difícil y a menudo se obtienen mezclas de diferentes composiciones. Hemos conseguido desarrollar una vía de síntesis sencilla para el componente básico de las aleaciones de silicio-germanio. Por tanto, nuestro adamantano de silicio-germanio permite investigar importantes propiedades químicas y físicas de las aleaciones de silicio-germanio en el modelo molecular. También queremos utilizarlo en el futuro para producir aleaciones de silicio-germanio con estructuras cristalinas impecables".

El carbono, que es químicamente muy similar a los elementos silicio y germanio, se presenta en formas comparables a las dos nuevas clases de sustancias: Las esferas huecas de átomos de carbono ("fullerenos") corresponden a los silafulleranos, y los diamantes formados por carbono están compuestos por subunidades de adamantano. Entre otras cosas, los fullerenos aumentan la eficiencia de las células solares orgánicas, podrían hacer más seguras las baterías de los coches eléctricos y prometen avances en la superconductividad de alta temperatura. Los nanodiamantes también tienen una amplia gama de aplicaciones, desde los productos farmacéuticos hasta la investigación de la catálisis.

En este contexto, los investigadores de Fráncfort y Bonn están deseando ver en qué campos se impondrán sus silafulleranos y adamantanos de silicio-germanio. Matthias Wagner afirma: "Ya es posible generar luz en todos los colores del espectro visible con silicio y germanio nanoestructurados en forma de puntos cuánticos, y esto se está probando para las pantallas de ordenadores y teléfonos móviles, así como en las telecomunicaciones". Aparte del potencial químico-técnico, personalmente me fascina la alta simetría de nuestros compuestos: Por ejemplo, nuestro silafullerano es uno de los cinco sólidos platónicos y posee una belleza intemporal".

Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.

Johann Wolfgang Goethe-Universität Frankfurt (Main)

Recommiende artículo PDF / Imprimir artículo

Compartir

Hechos, antecedentes, expedientes
Más sobre Uni Frankfurt am Main
  • Noticias

    Cómo puede utilizarse el difósforo en las reacciones químicas

    La síntesis química de nuevas sustancias activas o materiales funcionales se basa en el uso de bloques de construcción moleculares. Éstas deben ser simultáneamente reactivas pero también lo suficientemente estables como para permitir la incorporación selectiva a moléculas más grandes. Un eq ... más

    Cómo se transfiere el nitrógeno por un catalizador

    Los catalizadores con un enlace metal-nitrógeno pueden transferir el nitrógeno a las moléculas orgánicas. En este proceso se forman especies moleculares de corta vida, cuyas propiedades determinan críticamente el curso de la reacción y la formación del producto. El compuesto clave en una re ... más

    Instantánea de la explosión de oxígeno

    Durante más de 200 años, hemos estado usando los rayos X para mirar dentro de la materia, y progresando hacia estructuras cada vez más pequeñas - desde cristales hasta nanopartículas. Ahora, en el marco de una colaboración internacional más amplia sobre el láser de rayos X XFEL europeo en S ... más

Más sobre Universität Bonn
  • Noticias

    Los bioplásticos en el dilema de la sostenibilidad

    Los plásticos fabricados a partir de cultivos como el maíz o la caña de azúcar, en lugar de combustibles fósiles, suelen considerarse sostenibles. Una de las razones es que las plantas fijanel CO2, lo que compensa el carbono que se libera a la atmósfera cuando se eliminan los plásticos. Sin ... más

    Innovaciones a través de fibras ópticas muy finas

    Los científicos de la Universidad de Bonn han construido filtros de fibra óptica muy finos de una manera muy simple. No sólo son extremadamente compactos y estables, sino que también son ajustables al color. Esto significa que pueden ser utilizados en la tecnología cuántica y como sensores ... más

    Los investigadores desarrollan un proceso de catálisis sostenible

    Los acetales son importantes compuestos químicos que se utilizan, por ejemplo, en la producción de ciertos agentes médicos. Un nuevo método hace ahora que su síntesis sea más fácil y más respetuosa con el medio ambiente. Los químicos de la Universidad de Bonn han desarrollado y optimizado e ... más