Investigadores del Instituto Indio de Ciencia (IISc) han creado un nuevo híbrido de grafeno y puntos cuánticos, un avance que puede inspirar pantallas y LED de próxima generación altamente eficientes y controlables.

Los puntos cuánticos son nanocristales semiconductores con el potencial de revolucionar diversas tecnologías, incluida la energía fotovoltaica, imágenes médicas y computación cuántica. Pueden absorber la luz ultravioleta y producir colores brillantes, haciéndolos especialmente atractivos para los televisores de próxima generación, teléfonos inteligentes y LED. Sin embargo, son malos conductores eléctricos, y por lo tanto ineficaz para usar en dispositivos por sí mismos. Para mejorar su eficiencia, los investigadores han intentado combinarlos con grafeno, un excelente conductor. Agregar grafeno también conferiría la capacidad de modificar la salida incluso después de la fabricación, o encienda y apague el dispositivo a voluntad.

Aunque la combinación funciona bien para fotodetectores y sensores, es prácticamente inútil para pantallas y LED, porque los puntos cuánticos pierden su capacidad de emitir luz cuando se fusionan con grafeno. Modificando algunas condiciones experimentales, Los científicos de IISc han encontrado una manera de eliminar este efecto y crear un material híbrido altamente eficiente y sintonizable. Los resultados, publicado en Fotónica ACS , abre posibilidades para una nueva generación de pantallas y LED de última generación.

Los puntos cuánticos son partículas extremadamente diminutas con propiedades muy superiores a las de los semiconductores convencionales. Cuando se activa con luz ultravioleta, pueden producir luz visible en diferentes colores según su tamaño. Los pequeños puntos producen luz azul, por ejemplo, mientras que los grandes irradian rojo.

Absorben muy bien la luz, pero son malos conductores eléctricos; Por lo tanto, los dispositivos basados ​​en puntos cuánticos que convierten la luz en electricidad no son muy eficientes. Grafeno por otra parte, es casi transparente a la luz, pero es un excelente conductor eléctrico. Cuando los dos se combinan, el grafeno podría, en principio, alejar rápidamente la energía absorbida de los puntos cuánticos, reducir la pérdida de energía, y convertirlo en una señal eléctrica, por ejemplo. Esto hace posible crear dispositivos como fotodetectores con una eficiencia extremadamente alta.

"Obtienes lo mejor de ambos, "dice el autor principal Jaydeep Kumar Basu, profesor, Departamento de Física, IISc.

En la diapositiva plegable, la transferencia de energía al grafeno deja puntos cuánticos casi sin energía para emitir luz, haciendo imposible su uso en pantallas o LED.

"Esa es un área donde la aplicación de estos materiales híbridos no ha despegado debido a este efecto, "dice Basu." El grafeno actúa como una esponja, en lo que respecta a los puntos cuánticos. No permite ninguna emisión ".

El equipo de Basu intentó superar este efecto de "extinción" poniendo en juego un fenómeno llamado superradiancia. Cuando se excitan átomos o emisores individuales (como puntos cuánticos) en una capa, cada uno emite luz de forma independiente. Bajo ciertas condiciones, se puede hacer que todos los átomos o emisores emitan luz de forma cooperativa. Esto produce una luz muy brillante, con una intensidad significativamente mayor que la suma total de las emisiones individuales.

En un estudio anterior, El equipo de Basu pudo producir superradiancia en una capa delgada de puntos cuánticos combinándola con nanopartículas metálicas en ciertas condiciones experimentales. Recrearon esas condiciones en los nuevos dispositivos híbridos de grafeno de punto cuántico para producir superradiancia, que era lo suficientemente fuerte para compensar el enfriamiento. Usando modelos, descubrieron que esto sucede cuando los puntos cuánticos individuales están separados por 5 nm o menos, y la capa de puntos cuánticos y el grafeno están separados por una distancia de 3 nm o menos.

"Hemos demostrado por primera vez que podemos alejarnos de este efecto 'esponja', y mantener vivos a los emisores, "dice Basu.

Cuando dominaba la superradiancia, También se descubrió que la intensidad de la luz emitida en presencia de grafeno era tres veces mayor de lo que se podría haber logrado utilizando solo puntos cuánticos.

"La ventaja del grafeno es que también puedes sintonizarlo eléctricamente, "dice Basu." Puede variar la intensidad simplemente cambiando el voltaje o la corriente ".

El estudio también abre nuevas vías para la investigación sobre la comprensión de cómo la luz y la materia interactúan a nanoescala. dicen los autores.