p Vermelho, verde, e os lasers azuis tornaram-se pequenos e baratos o suficiente para encontrar seu caminho em produtos que variam de BluRay DVD players a canetas sofisticadas, mas cada cor é feita com diferentes materiais semicondutores e por elaborados processos de crescimento de cristal. Uma nova tecnologia de protótipo demonstra todas essas três cores provenientes de um material. Isso pode abrir a porta para a fabricação de produtos, como monitores digitais de alto desempenho, que empregam uma variedade de cores de laser ao mesmo tempo. p "Hoje, para criar um display a laser com cores arbitrárias, de branco a tons de rosa ou azul-petróleo, você precisaria que esses três sistemas de materiais separados se unissem na forma de três lasers distintos que de nenhuma forma ou forma teriam algo em comum, "disse Arto Nurmikko, professor de engenharia da Brown University e autor sênior de um artigo que descreve a inovação na revista Nature Nanotechnology . "Agora entre em uma classe de materiais chamada pontos quânticos semicondutores."

p Os materiais nos protótipos de lasers descritos no artigo são partículas semicondutoras de tamanho nanômetro chamadas de pontos quânticos coloidais ou nanocristais com um núcleo interno de liga de cádmio e selênio e um revestimento de zinco, cádmio, e liga de enxofre e uma cola molecular orgânica patenteada. Químicos da QD Vision of Lexington, Massa., sintetizar os nanocristais usando um processo de química úmida que lhes permite variar com precisão o tamanho do nanocristal, variando o tempo de produção. O tamanho é tudo o que precisa ser mudado para produzir diferentes cores de luz laser:núcleos de 4,2 nanômetros produzem luz vermelha, Os de 3,2 nanômetros emitem luz verde e os de 2,5 nanômetros brilham em azul. Tamanhos diferentes produziriam outras cores ao longo do espectro.

p O revestimento e a estrutura nanocristal são avanços críticos além das tentativas anteriores de fazer lasers com pontos quânticos coloidais, disse o autor principal Cuong Dang, um associado sênior de pesquisa e gerente de laboratório de nanofotônica no grupo de Nurmikko em Brown. Por causa de seu desempenho elétrico e mecânico quântico aprimorado, ele disse, as pirâmides revestidas requerem 10 vezes menos energia pulsada ou 1, 000 vezes menos energia para produzir luz laser do que as tentativas anteriores com a tecnologia.

p Esmalte quântico

p Quando os químicos da QDVision fabricam um lote de pontos quânticos coloidais para especificações projetadas por Brown, Dang e Nurmikko pegam um frasco com um líquido viscoso que, segundo Nurmikko, lembra um pouco o esmalte de unha. Para fazer um laser, Dang reveste um quadrado de vidro - ou uma variedade de outras formas - com o líquido. Quando o líquido evapora, o que resta no vidro são vários sólidos densamente compactados, camadas altamente ordenadas dos nanocristais. Prendendo esse vidro entre dois espelhos especialmente preparados, Dang cria uma das estruturas de laser mais desafiadoras, chamado de laser de emissão de superfície de cavidade vertical. A equipe liderada por Brown foi a primeira a fazer um VCSEL funcional com pontos quânticos coloidais.

p A liga de revestimento externo dos nanocristais de zinco, cádmio, enxofre e essa cola molecular são importantes porque reduzem um requisito de estado eletrônico excitado para lasing e protege os nanocristais de um tipo de diafonia que torna difícil a produção de luz laser, Nurmikko disse. Cada lote de pontos quânticos coloidais tem alguns defeituosos, mas normalmente apenas alguns são suficientes para interferir na amplificação da luz.

p Diante de um alto requisito de estado eletrônico excitado e diafonia destrutiva em uma camada densamente compactada, os grupos anteriores precisaram bombear seus pontos com muita potência para empurrá-los para além de um limite mais alto para a produção de amplificação de luz, um elemento central de qualquer laser. Bombeando-os intensamente, Contudo, dá origem a outro problema:um excesso de estados eletrônicos excitados chamados excitons. Quando há muitos desses excitons entre os pontos quânticos, a energia que poderia estar produzindo luz tem mais probabilidade de ser perdida na forma de calor, principalmente por meio de um fenômeno conhecido como processo Auger.

p A estrutura e o revestimento externo dos nanocristais reduzem a interferência destrutiva e diminuem a energia necessária para fazer os pontos quânticos brilharem. Isso reduz a energia necessária para bombear o laser de pontos quânticos e reduz significativamente a probabilidade de exceder o nível de excitons em que o processo Auger drena a energia. Além disso, um benefício da estrutura da nova abordagem é que os pontos podem agir mais rapidamente, liberando luz antes que o processo Auger possa começar, mesmo nos raros casos em que ainda começa.

p “Conseguimos mostrar que é possível criar não só luz, mas luz laser, "Nurmikko disse." Em princípio, agora temos alguns benefícios:usar a mesma química para todas as cores, produzindo lasers de uma forma muito barata, relativamente falando, e a capacidade de aplicá-los a todos os tipos de superfícies, independentemente da forma. Isso torna possível todos os tipos de configurações de dispositivos para o futuro. "