Un láser y un nanopartícula de oro abren la puerta a una nueva forma de fabricar cristales electrónicos

La fabricación de cristales a medida para dispositivos electrónicos experimentó un avance notable gracias a una técnica innovadora desarrollada por un equipo de la Universidad Estatal de Michigan. Bajo el liderazgo de Elad Harel, estos investigadores consiguieron utilizar láseres y nanopartículas de oro para controlar con alta precisión la formación de cristales, un desarrollo que, según Space.com, puede convertir la producción de materiales esenciales para la industria tecnológica en un proceso mucho más eficiente y versátil.

A diferencia de los procedimientos tradicionales, que dependen de mecanismos como la difusión de vapor o el crecimiento a partir de pequeñas “semillas” y suelen resultar en cristales con formas y tamaños difíciles de controlar, la nueva metodología permite “dibujar” los cristales exactamente en la ubicación requerida.

Harel explicó a Space.com que, en muchos dispositivos electrónicos, es crucial establecer pequeñas porciones de material cristalino en áreas muy concretas, algo imposible de garantizar a través de los métodos convencionales que se utilizan actualmente.

Cómo funciona el calentamiento plasmónico y la “impresión” de cristales

Este método se basa en el calentamiento plasmónico, un fenómeno físico en el que las nanopartículas de oro actúan como diminutas fuentes de calor al ser irradiadas con un láser de frecuencia adecuada. En los experimentos realizados, el equipo utilizó un láser de 660 nanómetros dirigido sobre una nanopartícula de oro, la cual se introdujo en una solución precursora de perovskita de haluro de plomo y fue depositada sobre un sustrato de vidrio de borosilicato.

Al mover la nanopartícula usando el haz del láser, se produjo la cristalización exactamente en el punto deseado, mientras los investigadores pudieron observar todo el proceso en tiempo real con microscopios de alta velocidad.

La precisión del método es impresionante: la nanopartícula utilizada es menor que una milésima del grosor de un cabello humano. Harel detalló a Space.com que el láser induce la oscilación de electrones en la nanopartícula de oro, generando calor suficiente para que se desencadene la formación del cristal en el lugar exacto.

Este grado de control sobre la ubicación, el tamaño y la forma de los cristales supone una mejora sustancial respecto a las técnicas convencionales, abriendo la puerta a la creación de componentes más sofisticados y eficientes.

Impacto, aplicaciones y próximos desafíos

Hasta el momento, el procedimiento demostró su eficacia con perovskitas de haluro de plomo, materiales reconocidos por su capacidad para mejorar el rendimiento en aplicaciones como células solares y LEDs. Sin embargo, el equipo cree que la técnica podría adaptarse también a otros tipos de cristales utilizados en electrónica, como los semiconductores de silicio dopado con arsénico, ampliamente empleados en instrumentos astronómicos.

Harel señaló que, aunque la perovskita presenta una solubilidad retrógrada —disminuye a medida que sube la temperatura—, resulta posible que los electrones excitados por el láser puedan intervenir directamente en los procesos químicos de formación de cristales en otros materiales.

Las ventajas económicas y técnicas de este enfoque son evidentes. Según Harel, se trata de una solución sencilla que emplea láseres de bajo costo y posibilita una reducción considerable de los gastos de fabricación.

Space.com destaca que la formación precisa de cristales, unida a su bajo costo, resulta esencial para dispositivos como pantallas táctiles, paneles solares, sensores médicos y detectores ópticos. Además, la capacidad de “dibujar” cristales puede facilitar el desarrollo de instrumentos más accesibles y económicos para misiones espaciales, donde el material debe cumplir requisitos de precisión, resistencia y bajo peso.

En la próxima etapa del proyecto, el equipo planea utilizar múltiples láseres de distintas longitudes de onda para crear patrones cristalinos aún más complejos. Asimismo, ya comenzaron a probar estos materiales en dispositivos funcionales con el objetivo de determinar si pueden ofrecer mejor desempeño y menores costos de producción en aplicaciones reales. Harel subrayó a Space.com que este es el próximo desafío en el que están enfocados y esperan que sus hallazgos contribuyan a democratizar el acceso a tecnologías avanzadas en todo el mundo.