Embora os nanocristais ofereçam ajuste de cores e sejam usados ​​em diversas tecnologias, obter cores diferentes requer o uso de nanocristais diferentes para cada cor, e a alternância dinâmica entre cores não tem sido possível.



Uma equipe de pesquisadores do Instituto de Química e do Centro de Nanociência e Nanotecnologia da Universidade Hebraica de Jerusalém, incluindo o estudante de graduação Yonatan Ossia com outros sete membros, e liderado pelo Prof. Uri Banin, apresentou agora uma solução inovadora para este problema.

Ao desenvolver um sistema de uma "molécula artificial" feita de dois nanocristais semicondutores acoplados que emitem luz em duas cores diferentes, foi demonstrada uma troca de cores rápida e instantânea. O artigo intitulado "Troca de cor induzida por campo elétrico em moléculas de pontos quânticos coloidais à temperatura ambiente" foi publicado na revista Nature Materials. .

A luz colorida e sua sintonização são a base para muitas tecnologias essenciais dos dias modernos:desde iluminação, displays, redes rápidas de comunicação por fibra óptica e muito mais. Ao levar semicondutores emissores de cor para a nanoescala (nano-um bilionésimo de metro, cem mil vezes menor que um fio de cabelo humano), entra em ação um efeito chamado confinamento quântico:alterar o tamanho do nanocristal modifica a cor da luz emitida. . Assim, podem ser obtidas fontes de luz brilhante cobrindo todo o espectro visível.

Devido à sintonia única de cores de tais nanocristais e à sua fácil fabricação e manipulação usando química úmida, eles já são amplamente utilizados em displays comerciais de alta qualidade, proporcionando-lhes excelente qualidade de cor juntamente com características significativas de economia de energia.

No entanto, até hoje, obter cores diferentes (como as necessárias para os diferentes pixels RGB) exigia o uso de nanocristais diferentes para cada cor específica, e a alternância dinâmica entre as diferentes cores não era possível.

Embora o ajuste de cores de nanocristais coloidais únicos que se comportam como "átomos artificiais" tenha sido previamente investigado e implementado em protótipos de dispositivos optoeletrônicos, a mudança ativa de cores tem sido um desafio devido ao brilho diminuído que acompanha inerentemente o efeito, o que produziu apenas uma ligeira mudança na cor. .

A equipe de pesquisa superou essa limitação ao criar uma nova molécula com dois centros de emissão, onde um campo elétrico pode sintonizar a emissão relativa de cada centro, mudando a cor, mas sem perder brilho. A molécula artificial pode ser feita de forma que um de seus nanocristais constituintes seja ajustado para emitir luz “verde”, enquanto o outro, luz “vermelha”. A emissão desta nova molécula artificial emissora de cor dupla é sensível à tensão externa induzindo um campo elétrico:uma polaridade do campo induz a emissão de luz do centro "vermelho", e mudando o campo para a outra polaridade, a emissão de cor é trocada instantaneamente para "verde" e vice-versa.

Este fenômeno de mudança de cor é reversível e imediato, pois não inclui nenhum movimento estrutural da molécula. Isto permite obter cada uma das duas cores, ou qualquer combinação delas, simplesmente aplicando a tensão adequada ao dispositivo.

Esta capacidade de controlar com precisão o ajuste de cores em dispositivos optoeletrônicos, preservando a intensidade, abre novas possibilidades em vários campos, incluindo displays, iluminação e dispositivos optoeletrônicos em nanoescala com cores ajustáveis, e também como uma ferramenta para detecção de campo sensível para aplicações biológicas e neurociências futuras. a atividade cerebral. Além disso, permite sintonizar ativamente as cores de emissão em fontes de fótons únicos, que são importantes para futuras tecnologias de comunicação quântica.

O professor Uri Banin, da Universidade Hebraica de Jerusalém, explicou:"Nossa pesquisa é um grande salto em frente em nanomateriais para optoeletrônica. Este é um passo importante em nossa exposição da ideia de 'química de nanocristais' lançada há apenas alguns anos em nossa pesquisa grupo, onde os nanocristais são blocos de construção de moléculas artificiais com novas funcionalidades interessantes. Ser capaz de mudar de cor tão rápida e eficientemente em nanoescala como conseguimos tem enormes possibilidades. "

Ao utilizar essas moléculas de pontos quânticos com dois centros de emissão, várias cores específicas de luz usando a mesma nanoestrutura podem ser geradas.

Este avanço abre portas para o desenvolvimento de tecnologias sensíveis para detecção e medição de campos elétricos. Também permite novos designs de display onde cada pixel pode ser controlado individualmente para produzir cores diferentes, simplificando o design de display RGB padrão para uma base menor de pixels, o que tem o potencial de aumentar a resolução e a economia de energia de futuros displays comerciais.

Este avanço na comutação de cores induzida por campo elétrico tem imenso potencial para transformar a personalização de dispositivos e a detecção de campo, abrindo caminho para inovações futuras emocionantes.

Mais informações: Mudança de cor induzida por campo elétrico em moléculas de pontos quânticos coloidais à temperatura ambiente, Nature Materials (2023). DOI:10.1038/s41563-023-01606-0
Informações do diário: Materiais Naturais

Fornecido pela Universidade Hebraica de Jerusalém