Pesquisadores do Instituto Indiano de Ciência (IISc) criaram um novo híbrido de grafeno e pontos quânticos, uma inovação que pode inspirar displays e LEDs altamente eficientes e controláveis ​​da próxima geração.

Os pontos quânticos são nanocristais semicondutores com potencial para revolucionar diversas tecnologias, incluindo fotovoltaica, imagens médicas e computação quântica. Eles podem absorver a luz ultravioleta e produzir nítidas, cores claras, tornando-os especialmente atraentes para TVs de próxima geração, smartphones e LEDs. Contudo, eles são maus condutores elétricos, e, portanto, ineficiente para usar em dispositivos por conta própria. Para melhorar sua eficiência, pesquisadores tentaram combiná-los com o grafeno, um excelente maestro. Adicionar grafeno também confere a capacidade de mexer na produção mesmo após a fabricação, ou ligue e desligue o dispositivo à vontade.

Embora a combinação funcione bem para fotodetectores e sensores, é praticamente inútil para telas e LEDs, porque os pontos quânticos perdem sua capacidade de emitir luz quando fundidos com o grafeno. Ao modificar algumas condições experimentais, Os cientistas do IISc descobriram uma maneira de eliminar esse efeito e criar um material híbrido altamente eficiente e ajustável. Os resultados, publicado em ACS Photonics , abre possibilidades para uma nova geração de displays e LEDs de última geração.

Os pontos quânticos são partículas extremamente minúsculas com propriedades muito superiores aos semicondutores convencionais. Quando ativado por luz ultravioleta, eles podem produzir luz visível em cores diferentes dependendo de seu tamanho. Pequenos pontos produzem luz azul, por exemplo, enquanto os grandes irradiam vermelho.

Eles absorvem a luz muito bem, mas são péssimos condutores elétricos; Dispositivos baseados em pontos quânticos que convertem luz em eletricidade, portanto, não são muito eficientes. Grafeno, por outro lado, é quase transparente à luz, mas é um excelente condutor elétrico. Quando os dois são combinados, o grafeno poderia, em princípio, puxar rapidamente a energia absorvida para longe dos pontos quânticos, reduzindo a perda de energia, e convertê-lo em um sinal elétrico, por exemplo. Isso torna possível criar dispositivos como detectores de fotos com eficiência extremamente alta.

"Você consegue o melhor de ambos, "diz o autor sênior Jaydeep Kumar Basu, professor, Departamento de Física, IISc.

No slide flip, a transferência de energia para o grafeno deixa os pontos quânticos quase sem energia para emitir luz, impossibilitando seu uso em displays ou LEDs.

"Essa é uma área em que a aplicação desses materiais híbridos não decolou por causa desse efeito, "diz Basu." O grafeno age como uma esponja, no que diz respeito aos pontos quânticos. Não permite nenhuma emissão. "

A equipe de Basu tentou superar esse efeito de "extinção", colocando em jogo um fenômeno chamado superradiance. Quando átomos ou emissores individuais (como pontos quânticos) em uma camada são excitados, cada um emite luz de forma independente. Sob certas condições, todos os átomos ou emissores podem ser feitos para emitir luz cooperativamente. Isso produz uma luz muito brilhante, com uma intensidade significativamente maior do que a soma total das emissões individuais.

Em um estudo anterior, A equipe de Basu conseguiu criar superradiância em uma fina camada de pontos quânticos combinando-a com nanopartículas de metal sob certas condições experimentais. Eles recriaram essas condições nos novos dispositivos híbridos de grafeno-ponto quântico para produzir superradiância, que era forte o suficiente para compensar a têmpera. Usando modelos, eles descobriram que isso acontece quando os pontos quânticos individuais estão separados por 5 nm ou menos, e a camada de pontos quânticos e o grafeno são separados por uma distância de 3 nm ou menos.

"Mostramos pela primeira vez que somos capazes de escapar desse efeito de 'esponja', e manter os emissores vivos, "diz Basu.

Quando o superradiance domina, a intensidade da luz emitida na presença de grafeno também foi considerada três vezes maior do que o que poderia ser alcançado usando apenas os pontos quânticos.

"A vantagem do grafeno é que você também pode ajustá-lo eletricamente, "diz Basu." Você pode variar a intensidade simplesmente mudando a voltagem ou a corrente. "

O estudo também abre novos caminhos para pesquisas sobre a compreensão de como a luz e a matéria interagem em nanoescala, dizem os autores.