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  • Os pontos quânticos de disco voador guardam segredo para mais brilhante, melhores lasers
    p Esta solução de pontos quânticos brilha em vermelho brilhante quando absorve a luz de uma lâmpada ultravioleta por baixo. Pesquisadores da U of T Engineering estão otimizando essas nanopartículas para criar lasers mais brilhantes que usam menos energia do que os modelos atuais. Crédito:Kevin Soobrian / U of T Engineering

    p Novos insights sobre células vivas, projetores de vídeo mais brilhantes e testes médicos mais precisos são apenas três das inovações que podem resultar de uma nova maneira de fabricar lasers. p O novo método, desenvolvido por uma equipe de pesquisa internacional da U of T Engineering, Vanderbilt University, o Laboratório Nacional de Los Alamos e outros, produz luz laser contínua que é mais brilhante, menos caro e mais ajustável do que os dispositivos atuais, usando nanopartículas conhecidas como pontos quânticos.

    p "Trabalhamos com pontos quânticos há mais de uma década, "diz Ted Sargent, um professor do Departamento de Engenharia Elétrica e de Computação de Edward S. Rogers Sênior na U of T. "Eles são mais de cinco mil vezes menores do que a largura de um cabelo humano, que permite que eles percorram os mundos da física quântica e clássica e lhes dá propriedades ópticas úteis. "

    p "Os pontos quânticos são conhecidos emissores de luz brilhante, "diz Alex Voznyy, um associado sênior de pesquisa no laboratório de Sargent. "Eles podem absorver muita energia e reemitir em uma determinada frequência, o que os torna um material particularmente adequado para lasers. "

    p Controlando cuidadosamente o tamanho dos pontos quânticos, os pesquisadores no laboratório de Sargent podem "sintonizar" a frequência, ou cor, da luz emitida para qualquer valor desejado. Por contraste, a maioria dos lasers comerciais são limitados a uma frequência específica, ou um intervalo muito pequeno, definido pelos materiais de que são feitos.

    p A capacidade de produzir um laser de qualquer frequência desejada a partir de um único material daria um impulso aos cientistas que buscam estudar doenças em tecidos ou células individuais, oferecendo novas ferramentas para sondar reações bioquímicas. Eles também poderiam habilitar projetores de tela a laser que seriam mais brilhantes e mais eficientes em termos de energia do que a tecnologia LCD atual.

    p Mas embora a capacidade dos pontos quânticos coloidais de produzir luz laser tenha sido demonstrada pela primeira vez pelo co-autor Victor Klimov e sua equipe no Laboratório Nacional de Los Alamos há mais de 15 anos, a aplicação comercial permaneceu indefinida. Um problema fundamental é que, até agora, a quantidade de luz necessária para excitar os pontos quânticos para produzir luz laser tem sido muito alta.

    p Este modelo gerado por computador mostra o núcleo esférico da nanopartícula de ponto quântico (em vermelho) junto com a forma de 'disco voador' da casca externa (em amarelo). A tensão no núcleo induzida pela casca afeta os estados eletrônicos e reduz o limite de energia necessário para acionar o laser. Crédito:Dr. Alex Voznyy / U of T Engineering

    p "Você tem que estimular o laser usando cada vez mais energia, mas também há muitas perdas de aquecimento, "diz Voznyy." Eventualmente fica tão quente que simplesmente queima. "A maioria dos lasers de pontos quânticos são limitados a pulsos de luz que duram apenas alguns nanossegundos - bilionésimos de segundo.

    p O time, que incluía Voznyy, os pesquisadores de pós-doutorado Fengjia Fan e Randy Sabatini e o candidato ao MASc Kris Bicanic, superou esse problema mudando a forma dos pontos quânticos, em vez de seu tamanho. Eles foram capazes de criar pontos quânticos com um núcleo esférico e uma concha em forma de Skittle, um M&M ou disco voador - uma forma esférica "achatada" conhecida como esferóide achatado.

    p A incompatibilidade entre a forma do núcleo e a casca introduz uma tensão que afeta os estados eletrônicos do ponto quântico, diminuindo a quantidade de energia necessária para acionar o laser. Conforme relatado em um artigo publicado hoje em Natureza , a inovação significa que os pontos quânticos não correm mais o risco de superaquecimento, para que o laser resultante possa disparar continuamente.

    p Embora os pontos quânticos sejam frequentemente construídos depositando moléculas uma de cada vez no vácuo, A equipe de Sargent mistura soluções líquidas que contêm vários precursores de pontos quânticos. Quando as soluções reagem, eles produzem pontos quânticos sólidos que ficam suspensos no líquido - são conhecidos como pontos quânticos coloidais. A principal inovação da equipe foi adicionar moléculas de cobertura específicas à mistura, o que lhes permitiu controlar a forma das partículas para obter as propriedades desejadas, uma abordagem que Fan chama de 'química inteligente'.

    p "O processamento baseado em solução reduz muito o custo de fazer pontos quânticos, "diz Fan." Isso também tornará mais fácil aumentar a produção, porque podemos usar técnicas já estabelecidas na indústria gráfica. "

    p O projeto incluiu vários parceiros nacionais e internacionais. Simulações de computador em colaboração com a Universidade de Ottawa e o Conselho Nacional de Pesquisa guiaram o projeto dos pontos quânticos. Testes analíticos do Vanderbilt's Institute of Nanoscale Science and Engineering em Nashville, TN, bem como o Centro de Materiais de Alta Tecnologia da Universidade do Novo México em Albuquerque, NM e Los Alamos confirmaram que os produtos finais tiveram a forma desejada, composição e comportamento através da análise de pontos quânticos individuais no nível atômico.

    p "Ficamos impressionados não apenas com a estrutura projetada em si, mas também com o nível de uniformidade que eles alcançaram, "diz Sandra Rosenthal, diretor do Vanderbilt Institute for Nanoscale Science and Engineering. "A equipe de Sargent conseguiu criar pontos quânticos com uma estrutura única e elegante. Esta é uma pesquisa empolgante."

    p A equipe tem mais trabalho a fazer antes de olhar para a comercialização. "Para este dispositivo de prova de conceito, estamos excitando os pontos quânticos com luz, "diz Sabatini." Em última análise, queremos movê-los para excitá-los com eletricidade. Também queremos aumentar a potência para miliwatts ou mesmo watts. Se pudermos fazer isso, então se torna importante para a projeção a laser. "


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