O tipo de nanocristais semicondutores conhecidos como pontos quânticos está expandindo a vanguarda da ciência pura e também trabalhando arduamente em aplicações práticas, incluindo lasers, televisores e telas QLED quânticas, células solares, dispositivos médicos e outros eletrônicos.

Uma nova técnica para o cultivo desses cristais microscópicos, publicada esta semana na Science , não apenas encontrou uma maneira nova e mais eficiente de construir um tipo útil de ponto quântico, mas também abriu todo um grupo de novos materiais químicos para exploração por futuros pesquisadores.

"Estou animado para ver como pesquisadores do mundo todo podem aproveitar essa técnica para preparar nanocristais antes inimagináveis", disse o primeiro autor Justin Ondry, ex-pesquisador de pós-doutorado no Laboratório Talapin da UChicago.

A equipe — que incluía pesquisadores da Universidade de Chicago, Universidade da Califórnia em Berkeley, Universidade Northwestern, Universidade do Colorado em Boulder e Laboratório Nacional de Argonne — alcançou esses resultados notáveis substituindo os solventes orgânicos normalmente usados para criar nanocristais por sal fundido — literalmente cloreto de sódio superaquecido , do tipo polvilhado em batatas assadas.

"O cloreto de sódio não é um líquido na sua mente, mas suponha que você o aqueça a uma temperatura tão louca que ele se torne um líquido. Parece líquido. Tem viscosidade similar à da água. É incolor. O único problema é que ninguém nunca considerou esses líquidos como meios para síntese coloidal", disse o Prof. Dmitri Talapin da UChicago Pritzker School of Molecular Engineering (UChicago PME) e do Departamento de Química.

Os pontos quânticos estão entre os nanocristais mais conhecidos, não apenas por seus amplos usos comerciais, mas também pelo recente Prêmio Nobel de Química de 2023 concedido à equipe que os descobriu.

"Se há um material do mundo nano que teve impacto na sociedade em termos de aplicações, é o ponto quântico", disse o professor Eran Rabani da UC Berkeley, coautor do artigo.

No entanto, grande parte da pesquisa anterior sobre pontos quânticos , incluindo o trabalho do Nobel, era em torno de pontos crescidos usando combinações de elementos do segundo e sexto grupos da tabela periódica, disse Rabani. Esses são chamados materiais "II-VI" (dois-seis).

Materiais mais promissores para pontos quânticos podem ser encontrados em outros lugares da tabela periódica.

Materiais encontrados no terceiro e quinto grupos da tabela periódica (materiais III-V) são usados nas células solares mais eficientes , nos LEDs mais brilhantes, nos lasers semicondutores mais poderosos e nos dispositivos eletrônicos mais rápidos. Eles potencialmente fariam grandes pontos quânticos, mas, com poucas exceções, era impossível usá-los para cultivar nanocristais em solução. As temperaturas necessárias para fazer esses materiais eram muito altas para qualquer solvente orgânico conhecido.

O sal fundido consegue suportar o calor, tornando acessíveis esses materiais antes inacessíveis.

"Este avanço distinto da síntese de sal fundido que o grupo do Prof. Talapin foi pioneiro pela primeira vez em muitos materiais para os quais a síntese coloidal anteriormente era simplesmente indisponível", disse o coautor Richard D. Schaller, que tem uma nomeação conjunta com o Argonne National Laboratory e a Northwestern University. "Avanços fundamentais e aplicados agora podem ser feitos com muitos desses materiais recentemente disponíveis e, ao mesmo tempo, há agora uma nova fronteira sintética disponível para a comunidade."

Uma das razões pelas quais os pesquisadores que sintetizaram nanocristais ignoraram o sal fundido foi por causa de sua forte polaridade, disse o estudante de pós-graduação da UChicago, Zirui Zhou, segundo autor do novo artigo.

Os íons carregados positivamente e negativamente do sal têm uma forte atração um pelo outro. Coisas pequenas como nanocristais têm pequenas cargas superficiais, então os pesquisadores presumiram que a carga seria muito fraca para empurrar de volta enquanto os íons do sal puxam. Quaisquer cristais em crescimento seriam esmagados antes que pudessem formar um material estável.

Ou assim pensavam pesquisadores anteriores.

"É uma observação surpreendente", disse Zhou. "Isso é muito contraditório com o que os cientistas tradicionalmente pensam sobre esses sistemas."

A nova técnica pode significar novos blocos de construção para computadores quânticos e clássicos melhores e mais rápidos, mas para muitos na equipe de pesquisa, a parte realmente emocionante é abrir novos materiais para estudo.

"Muitas eras na história humana são definidas pelos materiais que a humanidade tinha disponíveis — pense em 'Idade do Bronze' ou 'Idade do Ferro'", disse Ondry. "Neste trabalho, desbloqueamos a capacidade de sintetizar quase uma dúzia de novas composições de nanocristais que permitirão tecnologias futuras."