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Imágenes al microscopio mostrando el fenómeno de guía de luz, tanto en estructuras alargadas (a y b) como en estructuras planas (c y d)

¿Qué es un semiconductor tipo p?

Los semiconductores son aislantes hasta que algún electrón recibe energía suficiente para salirse de su sitio generando así un electrón libre (negativo) y un hueco (positivo). Para aumentar la conductividad a estos materiales se les pueden añadir pequeñas cantidades de átomos diferentes (dopantes) que generen electrones de más (tipo n) o huecos de más (tipo p). En el caso del ZnO los huecos de más tienden a rellenarse debido a fenómenos de autocompensación.

Se ha descubierto que con algunos dopantes como el potasio (K) se consigue un dopaje de tipo p estable, y por eso el equipo científico ha estudiado la posibilidad de estudiar sus propiedades.

La investigación encontró que Las nanoestructuras y microestructuras de ZnO dopadas con K y cultivadas mediante el método de vapor-sólido formaron distintas estructuras cristalinas dependiendo de las diferentes posiciones de la red que ocupa el K dependiendo de su concentración en las estructuras. Cuando la cantidad es baja, los iones de K se incorporan entre los cristales de ZnO (K instersticial, Ki), mientras que el K ocupa posiciones sustitutivas de Zn (KZn) cuando la cantidad de K aumenta.

(a) Vista general y tamaños de las estructuras cultivadas, (b) detalle de una cinta con puntas de flecha, (c) agujas con sección transversal hexagonal y (d) aguja central con crecimientos secundarios en forma de triángulo.

Las cintas y placas triangulares están orientadas en la misma dirección, lo que indica que su crecimiento está relacionado con las distorsiones en el crecimiento de los cristales introducidas por el Ki.
En el caso de las estructuras en forma de bola, el análisis composicional y los espectros Raman muestran que se componen de K2SO4.

Finalmente, se investigó la capacidad de las estructuras alargadas para actuar como guías de ondas y resonadores ópticos. Debido al tamaño del ion K, prácticamente el doble que el Zn, y a las diferentes posiciones que puede adoptar dentro de la red ZnO (Ki o KZn), se introducen altas distorsiones que comprometen el rendimiento de los resonadores. A pesar de esto, el factor de calidad y la finura muestran valores aceptables (80 y 10 a 544 nm, respectivamente), aunque menores a los reportados para el dopaje con álcalis de menor tamaño, como el Li.

Este estudio abre la abre la puerta a que el óxido de zinc dopado con potasio pueda ser utilizado en aplicaciones como células solares Graetzel (celdas solares transparentes y flexibles), dispositivos para la descomposición del agua por procesos no fotocatalíticos, sensores de humedad, dispositivos espintrónicos (capaces de enviar dos señales a la vez por un mismo medio) y procesos fotocatalíticos.
Por otro lado, la fabricación de cavidades resonantes ópticas es de interés por su potencial uso como láseres, sensores, inmunosensores o filtros ópticos.