Normalmente, los científicos buscan nano-estructuras libres de defectos. En este caso, sin embargo, el investigador de la UPV/EHU Angel Rubio y sus colaboradores han sabido sacarle el máximo partido a los defectos estructurales de los nanotubos de nitruro de boro. El resultado de su estudio es una nueva fuente emisora de luz, fácilmente integrable en la tecnología microelectrónica actual. La investigación, que ha dado lugar, además, a una patente, se publica en Scientific Reports [footnote]Attaccalite C., Wirtz L., Marini A. & Rubio A. (2013). Efficient Gate-tunable light-emitting device made of defective boron nitride nanotubes: from ultraviolet to the visible, Scientific Reports, 3 DOI: 10.1038/srep02698[/footnote].
El nitruro de boro es un material prometedor en el ámbito de la nanotecnología, gracias a sus excelentes propiedades aislantes, resistencia y estructura bidimensional parecida al grafeno. Especialmente las propiedades del nitruro de boro hexagonal, objeto de esta investigación, son muy superiores a las de otros metales y semiconductores usados en la actualidad como emisores de luz, por ejemplo, en aplicaciones ligadas con el almacenamiento óptico (DVD) o comunicaciones. «Tiene una eficiencia de emisión de luz ultravioleta altísima, una de las mejores que hay en el mercado actualmente», comenta Angel Rubio, catedrático de Física de Materiales de la UPV/EHU y director externo del Instituto Fritz Haber de la Sociedad Max Planck .
Sin embargo, la emisión de luz de los nanotubos de nitruro de boro se produce en un rango muy limitado del espectro ultravioleta, por lo que no pueden ser usados tal cual en aplicaciones en las que es necesario que la emisión se produzca de forma controlada en un rango más amplio de frecuencias (por ejemplo en aplicaciones con luz visible).
El estudio desarrollado por el Grupo NanoBio Espectroscopia de la UPV/EHU ha dado con una solución para poder superar esa limitación, y abrir la puerta al uso de nanotubos de nitruro de boro hexagonal en aplicaciones comerciales.
Han demostrado que aplicando un campo eléctrico perpendicular al nanotubo, se puede conseguir y controlar de manera sencilla que éste emita luz en todo el espectro que va desde el infrarrojo al ultravioleta lejano. Esta facilidad de control se presenta en los nanotubos dada su geometría cilíndrica (se trata de estructuras tubulares con longitudes del orden de los micrómetros y diámetros del orden del nanómetro).
Rubio lleva trabajando casi 20 años con nanotubos de nitruro de boro: «Los propusimos nosotros teóricamente, y luego se encontraron experimentalmente. Todas nuestras predicciones teóricas se han confirmado hasta ahora, y eso es muy gratificante», explica. Conocidas las propiedades del nitruro de boro hexagonal laminar, y su altísima eficiencia en la emisión de luz, el objeto de esta investigación ha sido demostrar que esas propiedades no se perdían en los nanotubos. «Sabíamos que al enrollar una hoja, y formar un tubo, se producía un acople fuerte con el campo eléctrico, y que eso nos permitiría cambiar la emisión de luz. Queríamos demostrar que la eficiencia de emisión de luz no se perdía por el hecho de formar el nanotubo, y que, además, era controlable».
El funcionamiento del dispositivo se basa en la utilización de los defectos naturales o inducidos de los nanotubos de nitruro de boro. En concreto, los defectos que posibilitan la emisión controlada son aquellos huecos producidos en la pared del nanotubo debidos a la falta de un átomo de boro, que es el defecto más común en su fabricación. «Todos los nanotubos son muy parecidos, pero el hecho de que tengas estos defectos hace que el sistema sea operativo y eficiente, y, además, cuantos más defectos tenga, mejor funciona».
Rubio destaca «la sencillez» del dispositivo propuesto: «Es un dispositivo que funciona con defectos, que no tiene que ser puro, y que es muy fácil de construir y controlar». Los nanotubos se pueden sintetizar mediante métodos que son estándar en la comunidad científica para la producción de nanotubos inorgánicos, que conllevan la existencia de defectos naturales, y se pueden introducir más, si se quisiera, mediante procesos sencillos de irradiación post-síntesis. «Tiene una configuración de transistor tradicional, y esto que proponemos, funcionaría en los dispositivos electrónicos actuales», subraya. La parte «menos atractiva», como la define Angel Rubio, es que los nanotubos de nitruro de boro se producen todavía en cantidades muy pequeñas, y no existe aún un proceso de síntesis económicamente viable a escala comercial.
Rubio no duda del potencial de los nuevos materiales basados en sistemas bidimensionales, y específicamente, de aquellos compuestos alternativos al grafeno, como, por ejemplo, el nitruro de boro hexagonal. Sin perjuicio del grafeno, Angel Rubio considera que el campo alternativo quizás tenga mayor potencial a largo plazo, y debe ser estudiado: «Es un campo que ha sido activo desde hace mas de quince años, aunque haya tenido menor visibilidad. Nosotros llevamos trabajando con el nitruro de boro hexagonal desde 1994, es como nuestro hijo, y yo creo que ha abierto un campo de investigación atractivo, al que cada vez se suman más grupos».
Edición realizada por César Tomé López a partir de materiales suministrados por UPV/EHU Komunikazioa