(PhysOrg.com) - Pesquisa feita por cientistas de Los Alamos publicada hoje no jornal Natureza documenta um progresso significativo na compreensão do fenômeno de intermitência de pontos quânticos. Suas descobertas devem aumentar a capacidade dos biólogos de rastrear partículas individuais, permitem que os tecnólogos criem novos diodos emissores de luz e fontes de fóton único, e aumentar os esforços dos pesquisadores de energia para desenvolver novos tipos de células solares altamente eficientes.

O mais empolgante é que os pesquisadores de Los Alamos mostraram que o piscar pode ser controlado e até mesmo completamente suprimido eletroquimicamente. Como o artigo da Nature descreve, o grupo desenvolveu um novo experimento espectro-eletroquímico que lhes permitiu carregar e descarregar controladamente um único ponto quântico enquanto monitorava seu comportamento de piscar. Esses experimentos facilitaram a descoberta de dois mecanismos distintos de piscar. “Nosso trabalho é um passo importante no desenvolvimento de nanoestruturas com propriedades sem piscar para aplicações de diodos emissores de luz e fontes de fóton único a células solares, "disse Victor Klimov, Cientista do LANL e diretor do Center for Advanced Solar Photophysics (CASP).

Os pontos quânticos são partículas entre 1 e 10 nanômetros de diâmetro. Um nanômetro tem apenas um bilionésimo de metro de diâmetro, ou cerca de 1/3000 do diâmetro de um cabelo humano. Nessas dimensões minúsculas, as regras da física quântica permitem que os cientistas produzam partículas com sintonia fina, propriedades eletrônicas e ópticas dependentes do tamanho. Junto com o fato de que eles podem ser fabricados por meio de técnicas fáceis de química úmida, sua natureza quântica torna esses pontos materiais atraentes para uma ampla gama de aplicações.

Os pontos quânticos nanocristais estão no cenário de pesquisa há décadas. A cor que eles produzem quando excitados pela absorção de luz ou corrente elétrica pode ser precisamente sintonizada a partir do infravermelho, passando pelo espectro visível e ultravioleta, e são baratos e fáceis de fazer.

Contra essas vantagens é uma desvantagem - as propriedades ópticas dos pontos quânticos podem variar aleatoriamente ao longo do tempo. Possivelmente, a manifestação mais dramática dessa variação é o "piscar" do ponto quântico.

Adicionalmente, se energizado por corrente elétrica ou luz, eles são caracterizados por um efeito conhecido como recombinação Auger que compete com a emissão de luz em diodos emissores de luz e reduz a saída de corrente em células solares. A recombinação piscante e Auger reduzem a eficiência dos pontos quânticos, e controlá-los tem sido o foco de intensa pesquisa.

Para sondar o mecanismo responsável por piscar, Christophe Galland, pesquisador de pós-doutorado no CASP, junto com colaboradores do Centro de Nanotecnologias Integradas (CINT) e CASP desenvolveram um novo experimento espectro-eletroquímico que lhes permitiu carregar e descarregar controladamente um único ponto quântico enquanto monitorava seu comportamento de piscar. É esse trabalho que está descrito no artigo da Nature. Seu principal resultado é a descoberta de dois mecanismos distintos de piscamento.

O primeiro é consistente com o conceito tradicional de intermitência de pontos quânticos, isso é, a carga e descarga elétrica aleatórias do núcleo do ponto. Neste modelo, um estado carregado é "escuro" devido à recombinação Auger não radiativa altamente eficiente.

O segundo mecanismo foi uma surpresa; a maioria dos pontos quânticos piscam devido ao preenchimento e esvaziamento de uma "armadilha" de defeito de superfície no ponto. Se não estiver ocupado, esta armadilha intercepta um elétron "quente" que, de outra forma, produziria a emissão de fótons, causando um piscar. Com mais pesquisas sobre as propriedades fotofísicas dos pontos quânticos, os cientistas esperam fornecer um modelo teórico abrangente desse fenômeno.

"A nova técnica de espectroeletroquímica de nanocristal único desenvolvida aqui poderia ser prontamente estendida para estudar o efeito da carga em uma ampla gama de nanoestruturas, incluindo nanotubos e nanofios de carbono, "disse Han Htoon, um cientista da equipe do CINT que participou da pesquisa. "Acredito que se tornará um novo recurso importante para o CINT."

Os experimentos foram realizados no CINT, um Departamento de Energia do Departamento de Energia dos EUA, Centro de Pesquisa Científica e Centro de Pesquisa em Nanoescala do Departamento de Energia. Sua ênfase está em explorar o caminho da descoberta científica à integração de nanoestruturas nos mundos micro e macro.