p Os cientistas do Laboratório Nacional de Los Alamos sintetizaram pontos quânticos dopados magneticamente que capturam a energia cinética dos elétrons criados pela luz ultravioleta antes de serem desperdiçados como calor. p "Esta descoberta pode potencialmente permitir novos, células solares altamente eficientes, detectores de luz, fotocátodos e reações químicas impulsionadas pela luz, "disse Victor Klimov, pesquisador líder no projeto de pontos quânticos do Laboratório.

p Em células solares padrão, uma grande quantidade de energia solar é desperdiçada na forma de calor. Esse desperdício ocorre devido à falta de abordagens eficazes para capturar a energia cinética de elétrons 'quentes' gerados por fótons na porção verde a ultravioleta do espectro de luz solar. O problema é que os elétrons quentes perdem sua energia muito rapidamente devido às interações com a rede cristalina da qual os dispositivos são feitos, levando a vibrações conhecidas como fônons. Esse processo geralmente ocorre em alguns picossegundos (trilionésimos de segundo).

p Esforços anteriores para capturar a energia do portador quente exploraram a transferência de energia cinética do elétron quente energético para um imóvel, elétron de baixa energia excitando-o para um estado de condução de corrente. Este efeito, conhecido como multiplicação de portadora, dobra o número de elétrons que contribuem para a fotocorrente, que pode ser usado para aumentar o desempenho das células solares. Na maioria dos materiais convencionais, Contudo, as perdas de energia para os fônons superam os ganhos de energia da multiplicação dos portadores.

p Em seu estudo publicado hoje em Nature Nanotechnology , pesquisadores demonstram que a incorporação de íons magnéticos em pontos quânticos pode aumentar muito a utilidade, interações produtoras de energia, de modo que se tornam mais rápidas do que o desperdício de dispersão de fônons.

p Para implementar essas ideias, os pesquisadores prepararam pontos quânticos dopados com manganês com base em seleneto de cádmio. "O fóton absorvido pelo ponto quântico de seleneto de cádmio cria um par elétron-buraco, ou um exciton, "disse Klimov." Este exciton é rapidamente capturado pelo dopante, criando um estado de excitação que armazena energia como uma mola comprimida. Quando o segundo fóton é absorvido pelo ponto quântico, a energia armazenada é liberada e transferida para o exciton recém-criado, promovendo-o a um estado de alta energia. A liberação de energia pelo íon manganês é acompanhada pela inversão de seu momento magnético, conhecido como spin. Portanto, este processo é denominado transferência de energia Auger de troca de spin. "

p Uma observação intrigante dos cientistas do LANL foi a escala de tempo extremamente curta das interações Auger de troca de spin - cerca de um décimo de picossegundo. Para sua surpresa, essas interações foram mais rápidas do que as emissões de fônons, que geralmente se acreditava ser o processo mais rápido em materiais semicondutores. Para provar que o novo efeito poderia vencer o resfriamento assistido por fônons, Os pesquisadores de Los Alamos demonstraram que os pontos quânticos dopados magneticamente adequadamente projetados permitiam que eles extraíssem um elétron quente criado por um fóton ultravioleta antes que ele perdesse sua energia para aquecer a rede cristalina.

p Essas descobertas de mudança de paradigma abrem oportunidades empolgantes para explorar processos Auger de troca de spin em esquemas avançados para aumentar o desempenho de células solares ou conduzir reações fotoquímicas incomuns. Oportunidades interessantes também são previstas em áreas de alta sensibilidade, detecção de luz em alta velocidade e novos tipos de fontes de elétrons movidos a luz.