Los materiales bidimensionales llamados agregados moleculares son emisores de luz muy efectivos que funcionan según un principio diferente al de los diodos emisores de luz orgánicos (OLED) o puntos cuánticos típicos. Pero su potencial como componentes para nuevos tipos de dispositivos optoelectrónicos se ha visto limitado por su tiempo de respuesta relativamente lento. Ahora, investigadores del MIT, la Universidad de California en Berkeley, y Northeastern University han encontrado una manera de superar esa limitación, potencialmente abriendo una variedad de aplicaciones para estos materiales.

Los hallazgos se describen en la revista. procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias , en un artículo del profesor asociado de ingeniería mecánica del MIT, Nicholas X. Fang, postdoctorados Qing Hu y Dafei Jin, y otros cinco.

La clave para mejorar el tiempo de respuesta de estos agregados moleculares 2-D (2DMA), Fang y su equipo encontraron, es acoplar ese material con una fina capa de un metal como la plata. La interacción entre el 2DMA y el metal que está a solo unos nanómetros de distancia aumenta la velocidad de los pulsos de luz del material más de diez veces.

Estos materiales 2DMA exhiben una serie de propiedades inusuales y se han utilizado para crear formas exóticas de materia, conocidos como condensados ​​de Bose-Einstein, a temperatura ambiente, mientras que otros enfoques requerían un enfriamiento extremo. También se han aplicado en tecnologías como las células solares y las antenas orgánicas de captación de luz. Pero el nuevo trabajo identifica por primera vez la fuerte influencia que puede tener una lámina de metal muy pegada en la forma en que estos materiales emiten luz.

Para que estos materiales sean útiles en dispositivos como chips fotónicos, que son como chips semiconductores pero realizan sus operaciones usando luz en lugar de electrones, "el desafío es poder encenderlos y apagarlos rápidamente, "que no había sido posible antes, Dice Fang.

Con el sustrato metálico cerca, el tiempo de respuesta para la emisión de luz se redujo de 60 picosegundos (billonésimas de segundo) a solo 2 picosegundos, Fang dice:"Esto es muy emocionante, porque observamos este efecto incluso cuando el material está a una distancia de 5 a 10 nanómetros de la superficie, "con una capa espaciadora de polímero en el medio. Esa es una separación suficiente para que la fabricación de estos materiales emparejados en cantidad no sea un proceso demasiado exigente". Esto es algo que creemos que podría adaptarse a la impresión de rollo a rollo, " él dice.

Si se utiliza para el procesamiento de señales, como enviar datos por luz en lugar de ondas de radio, Fang dice:este avance podría conducir a una velocidad de transmisión de datos de unos 40 gigahercios, que es ocho veces más rápido de lo que estos dispositivos pueden ofrecer actualmente. Este es "un paso muy prometedor, pero aún es muy pronto "en lo que respecta a traducir eso en algo práctico, dispositivos fabricables, advierte.

El equipo estudió solo uno de los muchos tipos de agregados moleculares que se han desarrollado, por lo que aún puede haber oportunidades para encontrar variaciones aún mejores. "Esta es en realidad una familia muy rica de materiales luminosos, "Dice Fang.

Debido a que la capacidad de respuesta del material está tan fuertemente influenciada por la proximidad exacta del sustrato de metal cercano, Estos sistemas también podrían utilizarse para herramientas de medición muy precisas. "La interacción se reduce en función del tamaño de la brecha, por lo que ahora podría usarse si queremos medir la proximidad de una superficie, "Dice Fang.

A medida que el equipo continúa sus estudios de estos materiales, El siguiente paso es estudiar los efectos que podría tener el modelado de la superficie del metal, ya que las pruebas hasta ahora solo usaron superficies planas. Otras preguntas que deben abordarse incluyen determinar la vida útil de estos materiales y cómo podrían extenderse.

Fang dice que un primer prototipo de un dispositivo que utilice este sistema podría producirse "dentro de un año más o menos".