Nanocristais para novas fontes de luz

University of Rochester

Novos nano-cristais mostram potencial para lasers baratos e novas fon­tes de ilumi­nação


IMAGEM:

Concepção artística do novo nano-cristal

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Por mais de uma década, os cientistas têm sido frus­trados em suas tentativas para criar fontes de luz de emissão contínua a partir de moléculas individuais por causa de de um artefato óptico chamado “blin­king”, mas agora os cientistas da Universidade de  Rochester descobriram a física básica por trás desse fenômeno e, junto com pesquisadores da Eastman Kodak Company, criaram um nano-cristal que emite luz constantemente.

As descobertas, detalhadas na edição online de hoje da Nature, pode abrir as portas para lasers muito mais baratos e versáteis, ilumi­nação por LED mais brilhante e marcadores biológicos que permitem ras­trear como uma droga interage com uma célula a um nível ja­mais possível antes.

Muitas moléculas, bem como cristais com so­mente um bilionésimo de metro de dimensões, podem ab­sorver ou irradiar fótons. Mas eles tam­­bém passam por períodos aleatórios onde, quando eles absorvem um fóton, em vez des­se fóton ser irradiado como luz, sua energia é transformada em calor. Esses períodos “escu­ros” se alternam com períodos onde a molécula é capaz de irradiar normalmente, o que faz parecer que elas estão “ligando e desligando”, ou “piscando” (em inglês, “blinking”).

Todd Kraus, professor de química na Universidade de Rochester e autor principal do estudo, declarou: “Um nano-cristal que acabou de absorver a energia de um fóton, tem duas esco­lhas para se livrar do excesso de energia — emitir luz ou calor. Se o nano-cristal emitir essa energia na forma de calor, essa energia está essencialmente perdida”.

Krauss trabalhou com engenheiros da Kodak e pesquisadores do Laboratório Naval de Pes­quisas e da universidade Cornell para descobrir os novos nano-cristais que não cintilam.

Krauss, um expert em  nano-cristais, e Keith Kahen, principal cientista da Kodak e um ex­pert em materiais e dispositivos de optrônica, estavam explorando novos tipos de iluminação de baixo custo similares aos diodos emissores de luz orgânicos (OLED), mas que não pode­riam sofrer das limitações de vida útil curta e problemas de manufatura inerentes a esses di­odos.
Kahen, com o auxílio de Megan Hahn, pesquisadora associada do laboratório de Krauss, sintetizou nano-cristais com composições variadas.

Xiaoyong Wang, outro pesquisador associado do laboratório de Krauss, inspecionou um des­ses nano-cristais e não encontrou indícios do esperado fenômeno de “blinking”. Notavel­mente, mesmo após horas de monitoração, o novo nano-cristal não mostrou qualquer sinal de um único lampejo — coisa inaudita, uma vez que os lampejos usualmente ocorrem em uma escala entre milissegundos e minutos.

Depois de uma longa investigação, Krauss e Alexander Efros do Laboratório Naval de Pes­quisas concluiram que a razão para os lampejos não ocorrerem era devida à estrutura desu­sada do nano-cristal. Normalmente, os nano-cristais têm um núcleo de material semicondu­tor envolvido em uma concha protetora de outro material, com uma fronteira bem demarcada entre ambas. O novo nano-cristal, no entanto, tem um gradiente contínuo que vai de um nú­cleo de cádmio e selênio até uma concha de zinco e selênio. Esse gradiente suprime o pro­cesso que impede os fótons de serem irradiados e o resultado é uma corrente de fótons emi­­tidos tão contínua como a corrente de fótons absorvidos.

Com esses nano-cristais livres de “blinking”, Krauss acredita que lasers e fontes de ilumi­nação se tornem incrivelmente baratas e fáceis de fabricar.Atualmente, lasers de cores di­ferentes são criados com diferentes materiais e processos, mas, com os novos nano-cris­tais, um único processo de fabricação pode criar um laser de qualquer cor. Para alterar a cor da luz, um engenheiro só precisa alterar o tamanho do nano-cristal, o que Krauss diz ser uma tarefa relati­vamente simples.

O mesmo vale para o que se pode chamar de futuro sucessor dos OLEDs, afirma Krauss. Essencialmente, se trata de “pintar” uma grade de nano-cristais de tamanhos diferentes em uma superfície plana para criar telas de computadores da espessura de uma folha de papel, ou uma parede que ilumine um cômodo com luz de qualquer cor que se queira.

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