News
Fent boca: una nova manera de sintetitzar punts quàntics
Un nou mètode de síntesi desenvolupat a l’ICFO i publicat a Nature Communications produeix punts quàntics grans i homogenis capaços d’absorbir llum infraroja d’ona curta (SWIR). Utilitzant-los, els investigadors han construït fotodetectors SWIR, que tenen aplicacions en optoelectrònica, com ara l’autonomia de vehicles i la prevenció d’incendis.
És una tarda d’abril, i a la segona planta de l’ICFO ja fa estona que no hi queda ningú. Ningú excepte en Lucheng Peng, que segueix davant aquell matràs injectant-hi una solució marronosa, aliè al temps que corre i al silenci de la planta. Però no pot deixar estar l’experiment, no pas ara que ho té tan a tocar.
Al grup de l’ICFO dirigit pel professor ICREA Gerasimos Konstantatos fa dècades que treballen amb punts quàntics, semiconductors que, de tan compactes, es comporten com si fossin àtoms individuals. Però malgrat l’experiència, malgrat coneixements i reconeixements, malgrat tenir uns companys brillants i unes instal·lacions de frontera, aquells punts quàntics fa tres anys que es resisteixen a absorbir llum de l’infraroig d’ona curta. Una llum que pot viatjar a través de la boira i el fum i, per tant, seria ideal a l’hora d’orientar els futurs vehicles autònoms o als bombers en un incendi. S’hi queden a les portes: 1,35 micròmetres és la longitud d’ona assolida, enfront als precisos 1,55 que t’endinsen al règim desitjat. Només 0,15 micròmetres, mig bacteri, els separen de poder construir detectors eficients per aquest tipus de llum.
En Lucheng recorda quan fa just un any, parlant amb en Gerasimos, van començar a comprendre-ho. La clau està en una de les característiques bàsiques d’aquests nanomaterials. I és que els punts quàntics són com boques, i els fotons, amb les seves longituds d’ona, peces de menjar. Per poder engolir aliments grans, doncs, calen boques grosses. El mètode que havien fet servir fins ara, per desgràcia, donava lloc a punts de mides variables i, en general, massa petites. La llum que empassaven, per tant, tenia diferents longituds d’ona, i aquestes en cap cas pertanyien a l’infraroig d’ona curta.
El motiu és la injecció constant i en grans quantitats dels químics precursors que, en reaccionar, saturen el medi de molècules. Això fa que moltes d’elles prefereixin aglutinar-se entre si per formar petits nuclis (les llavors que després han de créixer fins a esdevenir punts quàntics), en lloc d’enganxar-se a nuclis ja existents. “L’alta concentració de molècules està bé en una primera fase, per obtenir una gran quantitat inicial de llavors. Però arriba un punt on el que vols no són més nuclis, sinó que els nuclis allí presents augmentin de mida,” reflexionaven en aquella reunió de fa un any.
Ara, en Lucheng fa hores extres provant d’implementar un nou mètode de síntesi, aquell que amb tant d’esforç han ideat amb en Gerasimos. El canvi conceptual, en el fons, és prou senzill: deixar d’injectar i injectar precursors sense fre i, en canvi, dividir la injecció en dues etapes. La primera, on sí que s’introdueixen els precursors en grans quantitats, només dura 30 segons. Després, baixar dràsticament el ritme, frenar la concentració de noves molècules, donar-los temps i espai per adherir-se als nuclis, com la neu s’enganxa a la bola que rodola i la fa ben grossa.
La injecció lenta ha de durar 15 minuts, i només en porta 7. Cal paciència. L’experiment pot ser tediós algunes tardes com aquesta, quan ja fa estona que els qui treballen amb un horari estable són a casa. Però ell confia en aquesta idea, una idea que, de tan senzilla, és bonica. Hi confia tot i no saber del cert que sí, que aquest camí els permetrà efectivament generar punts quàntics prou grans, de mides homogènies. Que per fi podran superar la barrera de l’1,35 i absorbir els anhelats 1,55 micròmetres. Crear fotodetectors que, encara lluny de ser perfectes, podran, això sí, detectar llum de l’infraroig d’ona curta. No sap que quan per fi publiquin els resultats a Nature Communications se’ls omplirà a tot l’equip el pit d’orgull, orgull d’haver aportat el seu granet de sorra a l’extinció d’incendis i l’automoció del futur, i aleshores recordarà aquesta tarda amb certa nostàlgia. La nostàlgia de quan tot estava per fer, i tot era possible.
Reference:
Peng, L., Dosil, M., Mandal, D. et al. Synthesis of monodisperse InSb colloidal quantum dots by monomer concentration control for short-wave infrared photodetectors. Nat Commun 17, 3871 (2026).