p O método de um professor da Rice University para "converter" a luz poderia tornar as células solares mais eficientes e as nanopartículas voltadas para doenças mais eficazes. p Experimentos liderados por Gururaj Naik, professor assistente de engenharia elétrica e da computação, metais plasmônicos combinados e poços quânticos semicondutores para aumentar a frequência da luz, mudando sua cor.

p Em um protótipo em nanoescala, Naik se desenvolveu como pesquisador de pós-doutorado na Universidade de Stanford, postes personalizados que foram atingidos por luz verde produziram um brilho azul de alta energia. "Estou pegando fótons de baixa energia e convertendo-os em fótons de alta energia, " ele disse.

p A conversão ascendente eficiente de luz pode permitir que as células solares transformem a luz solar infravermelha perdida em eletricidade ou ajudar as nanopartículas ativadas por luz a tratar as células doentes, Disse Naik.

p O trabalho aparece no American Chemical Society's Nano Letras .

p A magia acontece dentro de pequenos postes que medem cerca de 100 nanômetros de diâmetro. Quando excitado por um comprimento de onda de luz específico, partículas de ouro nas pontas dos pilares convertem a energia da luz em plasmons, ondas de energia que se espalham ritmicamente pela superfície dourada como ondas em um lago. Plasmons têm vida curta, e quando eles decaem, eles desistem de sua energia de duas maneiras; eles emitem um fóton de luz ou produzem calor ao transferir sua energia para um único elétron - um elétron "quente".

p O trabalho de Naik em Stanford foi inspirado pelo trabalho inovador dos professores Naomi Halas e Peter Nordlander no Laboratório de Nanofotônica de Rice, que havia mostrado que materiais plasmônicos excitantes também estimulavam "portadores quentes" - elétrons e buracos - internos. (Buracos de elétrons são as lacunas criadas quando um elétron é excitado para um estado superior, dando a seu átomo uma carga positiva.)

p "Plasmonics é realmente ótimo para espremer luz em nanoescala, "disse Naik, que ingressou no corpo docente de Rice há um ano. "Mas isso sempre tem o custo de alguma coisa. Halas e Nordlander mostraram que você pode extrair as perdas ópticas na forma de eletricidade. Minha ideia era colocá-las de volta à forma óptica."

p Ele projetou postes usando camadas alternadas de nitreto de gálio e nitreto de gálio e índio, encimadas por uma fina camada de ouro e cercadas por prata. Em vez de deixar os portadores quentes escaparem, A estratégia de Naik era direcionar elétrons quentes e buracos quentes para as bases de nitreto de gálio e nitreto de gálio e índio, que servem como poços quânticos de captura de elétrons. Esses poços têm um bandgap inerente que sequestra elétrons e buracos até que eles se recombinem com energia suficiente para saltar o gap e liberar fótons em uma frequência mais alta.

p Conversores ascendentes atuais usados ​​em comunicações on-chip, Terapia fotodinâmica, segurança e armazenamento de dados têm eficiências na faixa de 5 a 10 por cento, Naik disse. A teoria quântica oferece uma eficiência máxima de 50 por cento ("porque estamos absorvendo dois fótons para emitir um"), mas, ele disse, 25 por cento é uma meta prática para seu método.

p Naik observou que seus dispositivos podem ser ajustados mudando o tamanho e a forma das partículas e a espessura das camadas. "Os conversores ascendentes baseados em lantanídeos e moléculas orgânicas emitem e absorvem luz em frequências definidas porque são fixados por níveis de energia atômica ou molecular, ", disse ele." Podemos projetar poços quânticos e ajustar seus bandgaps para emitir fótons na faixa de frequência que queremos e, da mesma forma, projetar nanoestruturas de metal para absorver em diferentes frequências. Isso significa que podemos projetar absorção e emissão quase independentemente, o que não era possível antes. "

p Naik construiu e testou um protótipo de prova de conceito do conjunto de pilões enquanto trabalhava no laboratório de Stanford de Jennifer Dionne após ser coautor de um artigo teórico com ela que preparou o terreno para os experimentos.

p "Esse é um dispositivo de estado sólido, "Naik disse sobre o protótipo." O próximo passo é fazer partículas autônomas revestindo os pontos quânticos com metal no tamanho e formato certos. "

p Estes são promissores como agentes de contraste médicos ou veículos de entrega de drogas, ele disse. "A luz infravermelha penetra mais profundamente nos tecidos, e a luz azul pode causar as reações necessárias para a administração do medicamento, "Disse Naik." As pessoas usam conversores ascendentes com drogas, entregá-los à parte desejada do corpo, e brilhar luz infravermelha de fora para entregar e ativar a droga. "

p As partículas também fariam uma tinta invisível média, ele disse. "Você pode escrever com um conversor ascendente e ninguém saberia até que você iluminasse um infravermelho de alta intensidade e ele convertesse em luz visível."