p (Phys.org) - Pontos quânticos - minúsculos cristais semicondutores com diâmetros medidos em bilionésimos de um metro - têm um enorme potencial para aplicações que fazem uso de sua capacidade de absorver ou emitir luz e / ou cargas elétricas. Os exemplos incluem diodos emissores de luz (LEDs) com cores mais vivas, células solares fotovoltaicas, transistores em nanoescala, e biossensores. Mas, como esses aplicativos têm requisitos diferentes - às vezes opostos, encontrar maneiras de controlar as propriedades ópticas e eletrônicas dos pontos é crucial para seu sucesso. p Em um estudo recém-publicado na revista Comunicações Químicas , cientistas do Laboratório Nacional de Brookhaven do Departamento de Energia dos EUA, Stony Brook University, e a Syracuse University mostram que encolher o núcleo de um ponto quântico pode aumentar a capacidade de um polímero circundante de extrair cargas elétricas geradas no ponto pela absorção da luz.

p "As células fotovoltaicas feitas de pontos quânticos emparelhados com materiais plásticos como polímeros condutores são muito mais fáceis de fazer e menos caras do que as células solares convencionais à base de silício, "disse Mircea Cotlet, um físico químico do Centro de Nanomateriais Funcionais de Brookhaven (CFN), que liderou a equipe de pesquisa. "Esses tipos de materiais são baratos, fácil de sintetizar, e sua montagem seria relativamente fácil. "

p A desvantagem é que, agora mesmo, os dispositivos solares baseados em silício não podem ser superados em termos de eficiência. Mas pesquisas destinadas a compreender o processo fotovoltaico em nanoescala podem mudar isso.

p "A capacidade de fazer e estudar partículas individuais no CFN nos permite observar e testar propriedades que seriam borradas, ou pela média, em amostras maiores, "disse Huidong Zang, um pesquisador de pós-doutorado trabalhando com Cotlet e primeiro autor no artigo.

p Em uma célula solar, o material ideal seria absorver muita luz e converter com eficiência essa energia em cargas elétricas que podem ser facilmente extraídas como uma corrente. Para estudar os detalhes deste processo, os cientistas usaram pontos quânticos compostos de um núcleo de cádmio-selênio que absorve luz, envolto em uma capa protetora de sulfeto de zinco e rodeado por um polímero condutor. Eles testaram a capacidade do polímero de extrair cargas elétricas geradas quando os pontos quânticos absorviam luz, e conduziu experimentos usando pontos quânticos com núcleos de tamanhos diferentes.

p "Sabíamos, a partir de previsões teóricas, que o tamanho das partículas deveria ter um efeito na transferência de carga com o polímero, mas ninguém tinha feito isso como um experimento até agora, e, em particular, no nível de uma única partícula, "Cotlet disse.

p Quando eles variaram o tamanho do núcleo do ponto quântico, os cientistas descobriram que quanto menor o diâmetro, mais eficiente e consistente será o processo de transferência de carga.

p "Usando um núcleo menor, aumentamos a eficiência do processo de transferência de carga e estreitamos a distribuição da taxa de transferência de carga para que ficasse mais perto do ideal com menos variabilidade, "Zang disse.

p Os cientistas estavam explorando um tipo particular de transferência de carga criada pelo movimento de "buracos" - áreas de carga positiva criadas pela ausência de elétrons carregados negativamente. Em dispositivos eletrônicos, buracos podem ser canalizados como elétrons para criar corrente elétrica. E, neste caso, extrair buracos teve um benefício adicional - aumentou o tempo que os pontos quânticos, que liga e desliga em um padrão intermitente, permaneceu na condição "on".

p "A transferência de furos inibe o piscar, "Cotlet disse." Isso mantém o ponto quântico opticamente ativo por mais tempo, o que é melhor para o processo fotovoltaico, porque as cargas só podem ser extraídas quando o ponto quântico está ativado. "

p "Seria impossível ver esse efeito com amostras em massa porque você não pode ver os estados 'ligado' e 'desligado'. Quando muitos pontos quânticos são misturados, os sinais saem da média. Você só pode ver isso olhando para as nanopartículas individuais. "

p O grupo de Cotlet já havia conduzido um estudo semelhante emparelhando pontos quânticos com fulerenos ricos em carbono. Nesse estudo, eles encontraram o efeito oposto:os fulerenos diminuíram o tempo "ligado" dos pontos enquanto aumentavam a transferência de elétrons.

p Em outras aplicações, penteando pontos e polímeros, como LEDs ou biossensores, os cientistas estão procurando maneiras de suprimir a transferência de carga à medida que esse processo se torna prejudicial.

p "Conhecer esses fundamentos e como controlar esses processos em nanoescala deve nos ajudar a otimizar o uso de pontos quânticos para uma ampla gama de aplicações, "Cotlet disse.