Materiais bidimensionais chamados agregados moleculares são emissores de luz muito eficazes que funcionam em um princípio diferente dos diodos emissores de luz orgânicos (OLEDs) típicos ou pontos quânticos. Mas seu potencial como componentes para novos tipos de dispositivos optoeletrônicos foi limitado por seu tempo de resposta relativamente lento. Agora, pesquisadores do MIT, a Universidade da Califórnia em Berkeley, e a Northeastern University encontraram uma maneira de superar essa limitação, potencialmente abrindo uma variedade de aplicações para esses materiais.

Os resultados são descritos no jornal Anais da Academia Nacional de Ciências , em um artigo do professor associado de engenharia mecânica do MIT Nicholas X. Fang, pós-doutorandos Qing Hu e Dafei Jin, e cinco outros.

A chave para aumentar o tempo de resposta desses agregados moleculares 2-D (2DMA), Fang e sua equipe descobriram, é acoplar esse material a uma fina camada de metal, como a prata. A interação entre o 2DMA e o metal que está a apenas alguns nanômetros de distância aumenta a velocidade dos pulsos de luz do material em mais de dez vezes.

Esses materiais 2DMA exibem uma série de propriedades incomuns e têm sido usados ​​para criar formas exóticas de matéria, conhecido como condensado de Bose-Einstein, à temperatura ambiente, enquanto outras abordagens exigiam resfriamento extremo. Eles também foram aplicados em tecnologias como células solares e antenas orgânicas coletoras de luz. Mas o novo trabalho pela primeira vez identifica a forte influência que uma folha de metal muito próxima pode ter na forma como esses materiais emitem luz.

Para que esses materiais sejam úteis em dispositivos como chips fotônicos - que são como chips semicondutores, mas realizam suas operações usando luz em vez de elétrons - "o desafio é ser capaz de ligá-los e desligá-los rapidamente, "que não tinha sido possível antes, Fang diz.

Com o substrato de metal próximo, o tempo de resposta para a emissão de luz caiu de 60 picossegundos (trilionésimos de segundo) para apenas 2 picossegundos, Fang diz:"Isso é muito emocionante, porque observamos esse efeito mesmo quando o material está 5 a 10 nanômetros de distância da superfície, "com uma camada de espaçamento de polímero no meio. Essa separação é suficiente para que a fabricação de tais materiais emparelhados em quantidade não seja um processo excessivamente exigente." Isso é algo que achamos que poderia ser adaptado para impressão rolo a rolo, " ele diz.

Se usado para processamento de sinal, como o envio de dados por luz em vez de ondas de rádio, Fang diz, esse avanço pode levar a uma taxa de transmissão de dados de cerca de 40 gigahertz, que é oito vezes mais rápido do que esses dispositivos podem oferecer atualmente. Este é "um passo muito promissor, mas ainda é muito cedo "no que diz respeito a traduzir isso em prática, dispositivos fabricáveis, ele adverte.

A equipe estudou apenas um dos muitos tipos de agregados moleculares que foram desenvolvidos, portanto, ainda pode haver oportunidades para encontrar variações ainda melhores. "Esta é, na verdade, uma família muito rica de materiais luminosos, "Fang diz.

Como a capacidade de resposta do material é fortemente influenciada pela proximidade exata do substrato de metal próximo, tais sistemas também podem ser usados ​​para ferramentas de medição muito precisas. “A interação é reduzida em função do tamanho do gap, então agora pode ser usado se quisermos medir a proximidade de uma superfície, "Fang diz.

À medida que a equipe continua seus estudos desses materiais, uma próxima etapa é estudar os efeitos que a padronização da superfície do metal pode ter, uma vez que os testes até agora usaram apenas superfícies planas. Outras questões a serem abordadas incluem a determinação da vida útil desses materiais e como eles podem ser estendidos.

Fang diz que o primeiro protótipo de um dispositivo usando este sistema pode ser produzido "dentro de um ano ou mais".