p Uma equipe internacional de pesquisadores da ETH Zurique, IBM Research Zurich, A Empa e quatro instituições de pesquisa americanas descobriram a explicação de por que uma classe de nanocristais que tem sido intensamente estudada nos últimos anos brilha em cores tão incrivelmente brilhantes. Os nanocristais contêm compostos de haleto de césio e chumbo que são organizados em uma estrutura de rede perovskita. p Três anos atrás, Maksym Kovalenko, professor da ETH Zurique e Empa, conseguiu criar nanocristais - ou pontos quânticos, como também são conhecidos - a partir deste material semicondutor. "Esses minúsculos cristais provaram ser fontes de luz extremamente brilhantes e de emissão rápida, mais brilhante e mais rápido do que qualquer outro tipo de ponto quântico estudado até agora, "diz Kovalenko. Ao variar a composição dos elementos químicos e o tamanho das nanopartículas, ele também conseguiu produzir uma variedade de nanocristais que se iluminam com as cores de todo o espectro visível. Esses pontos quânticos também estão sendo tratados como componentes para futuros diodos emissores de luz e visores.

p Em estudo publicado na última edição da revista científica Natureza , a equipe de pesquisa internacional examinou esses nanocristais individualmente e em grande detalhe. Os cientistas conseguiram confirmar que os nanocristais emitem luz com extrema rapidez. Os pontos quânticos previamente estudados normalmente emitem luz em torno de 20 nanossegundos após serem excitados quando em temperatura ambiente, que já é muito rápido. "Contudo, os pontos quânticos de haleto de césio e chumbo emitem luz à temperatura ambiente após apenas um nanossegundo, "explica Michael Becker, primeiro autor do estudo. Ele é doutorando na ETH Zurich e está realizando seu projeto de doutorado na IBM Research.

p Par elétron-buraco em um estado de energia excitado

p Entender por que os pontos quânticos de haleto de césio e chumbo não são apenas rápidos, mas também muito brilhantes, envolve mergulhar no mundo dos átomos individuais, partículas de luz (fótons) e elétrons. "Você pode usar um fóton para excitar os nanocristais semicondutores para que um elétron deixe seu lugar original na estrutura do cristal, deixando para trás um buraco, "explica David Norris, Professor de Engenharia de Materiais na ETH Zurich. O resultado é um par elétron-buraco em um estado de energia excitado. Se o par elétron-buraco reverter ao seu estado fundamental de energia, a luz é emitida.

p Sob certas condições, diferentes estados de energia excitada são possíveis; em muitos materiais, o mais provável desses estados é chamado de escuro. "Em um estado tão escuro, o par de lacunas de elétrons não pode reverter ao seu estado fundamental de energia imediatamente e, portanto, a emissão de luz é suprimida e ocorre com atraso. Isso limita o brilho ", diz Rainer Mahrt, um cientista da IBM Research.

p Sem estado escuro

p Os pesquisadores conseguiram mostrar que os pontos quânticos de haleto de chumbo de césio diferem de outros pontos quânticos:seu estado de energia mais provável excitado não é um estado escuro. Os pares de elétrons-lacunas excitados têm muito mais probabilidade de se encontrar em um estado em que podem emitir luz imediatamente. "É por isso que eles brilham tanto, "diz Norris.

p Os pesquisadores chegaram a essa conclusão usando seus novos dados experimentais e com a ajuda de trabalhos teóricos liderados por Alexander Efros, um físico teórico do Laboratório de Pesquisa Naval em Washington. Ele é um pioneiro na pesquisa de pontos quânticos e, 35 anos atrás, foi um dos primeiros cientistas a explicar como os pontos quânticos semicondutores tradicionais funcionam.

p Ótimas notícias para transmissão de dados

p Como os pontos quânticos de haleto de césio e chumbo examinados não são apenas brilhantes, mas também baratos de produzir, eles podem ser aplicados em telas de televisão, com esforços sendo realizados por várias empresas, na Suíça e em todo o mundo. "Também, como esses pontos quânticos podem emitir fótons rapidamente, eles são de particular interesse para uso em comunicação óptica em centros de dados e supercomputadores, onde rápido, componentes pequenos e eficientes são centrais, "diz Mahrt. Outra aplicação futura poderia ser a simulação óptica de sistemas quânticos, que é de grande importância para a pesquisa fundamental e ciência dos materiais.

p O professor da ETH Norris também tem interesse em usar os novos conhecimentos para o desenvolvimento de novos materiais. "Como agora entendemos por que esses pontos quânticos são tão brilhantes, também podemos pensar na engenharia de outros materiais com propriedades semelhantes ou ainda melhores, " ele diz.