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  • Un nuevo método de espectroscopia podría conducir a mejores dispositivos ópticos

    Comprender las orientaciones de los emisores de luz en nanomateriales en capas y otras películas delgadas podría conducir a mejores dispositivos ópticos. Un nuevo método de espectroscopia permite a los investigadores distinguir estas orientaciones. La distribución angular de la emisión de luz de la monocapa MoS2, izquierda, coincide estrechamente con los cálculos teóricos para emisores orientados en plano, Derecha, lo que indica que la emisión de luz del material similar al grafeno MoS2 se origina en emisores orientados en el plano. Crédito:Zia lab / Brown University

    Un equipo de investigación de varias universidades ha utilizado un nuevo método espectroscópico para obtener una visión clave de cómo se emite la luz de los nanomateriales en capas y otras películas delgadas.

    La técnica, llamada espectroscopia de energía-momento, permite a los investigadores observar la luz que emerge de una película delgada y determinar si proviene de emisores orientados a lo largo del plano de la película o de emisores orientados perpendicularmente a la película. Conocer las orientaciones de los emisores podría ayudar a los ingenieros a hacer un mejor uso de los materiales de película delgada en dispositivos ópticos como LED o células solares.

    La investigación, publicado en línea el 3 de marzo en Nanotecnología de la naturaleza , fue un esfuerzo de colaboración de la Universidad de Brown, Universidad Case Western Reserve, Universidad de Colombia, y la Universidad de California – Santa Bárbara.

    La nueva técnica aprovecha una propiedad fundamental de las películas delgadas:la interferencia. Los efectos de interferencia se pueden ver en los colores del arco iris visibles en la superficie de las pompas de jabón o las manchas de aceite. Los científicos pueden analizar cómo la luz interfiere de manera constructiva y destructiva en diferentes ángulos para sacar conclusiones sobre la película en sí:qué tan gruesa es, por ejemplo. Esta nueva técnica lleva ese tipo de análisis un paso más allá para las películas delgadas emisoras de luz.

    "La diferencia clave en nuestra técnica es que estamos mirando la energía, así como el ángulo y la polarización en los que se emite la luz, "dijo Rashid Zia, profesor asistente de ingeniería en la Universidad de Brown y uno de los autores principales del estudio. "Podemos relacionar estos diferentes ángulos con distintas orientaciones de los emisores en la película. En algunos ángulos y polarizaciones, solo vemos la emisión de luz de los emisores en el plano, mientras que en otros ángulos y polarizaciones solo vemos luz que se origina en emisores fuera del plano ".

    Los investigadores demostraron su técnica en dos importantes materiales de película delgada, disulfuro de molibdeno (MoS2) y PTCDA. Cada uno representa una clase de materiales prometedores para aplicaciones ópticas. MoS2 es un material bidimensional similar al grafeno, y PTCDA es un semiconductor orgánico. La investigación mostró que la emisión de luz de MoS2 ocurre solo desde emisores en el plano. En PTCDA, la luz proviene de dos especies distintas de emisores, uno en el plano y otro fuera del plano.

    Una vez que se conoce la orientación de los emisores, Zia dice, puede ser posible diseñar dispositivos estructurados que maximicen esas propiedades direccionales. En la mayoría de las aplicaciones, Los materiales de película fina se superponen entre sí. Las orientaciones de los emisores en cada capa indican si las excitaciones electrónicas están ocurriendo dentro de cada capa o entre capas, y eso tiene implicaciones sobre cómo debe configurarse dicho dispositivo.

    "Si estuvieras haciendo un LED con estos materiales en capas y supieras que las excitaciones electrónicas se producían a través de una interfaz, "Zia dijo, "Entonces hay una forma específica en la que desea diseñar la estructura para sacar toda esa luz y aumentar su eficiencia general".

    El mismo concepto podría aplicarse a dispositivos absorbentes de luz como las células solares. Al comprender cómo ocurren las excitaciones electrónicas en el material, podría ser posible estructurarlo de una manera que convierta más luz entrante en electricidad.

    "Una de las cosas interesantes de esta investigación es cómo reunió a personas con diferentes conocimientos, ", Dijo Zia." La experiencia de nuestro grupo en Brown consiste en desarrollar nuevas formas de espectroscopía y estudiar el origen electrónico de la emisión de luz. El grupo Kymissis de Columbia tiene una gran experiencia en semiconductores orgánicos, y el grupo Shan de Case Western tiene una gran experiencia en nanomateriales estratificados. Jon Schuller, el primer autor del estudio, hizo un gran trabajo al reunir toda esta experiencia. Jon era un científico visitante aquí en Brown, becario postdoctoral en el Energy Frontier Research Center en Columbia, y ahora es profesor en UCSB ".


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