Las fuentes de luz y los detectores son componentes clave de innumerables dispositivos tecnológicos en el mercado actual. Por ejemplo, Los diodos emisores de luz (LED) se utilizan a menudo como fuente de luz en pantallas y otras tecnologías, mientras que los fotodiodos se utilizan para detectar luz en sensores, herramientas de comunicación por imagen y fibra óptica.

Las fuentes de luz y los detectores existentes comprenden dos tipos distintos de dispositivos con funciones marcadamente diferentes. Desarrollar un dispositivo que pueda generar y detectar luz, sin embargo, podría permitir el diseño de tecnologías más pequeñas e inteligentes.

Investigadores de la Universidad de Linköping en Suecia, La Universidad de Shenzhen y varias otras universidades de China han fabricado recientemente un diodo eficiente capaz de emitir y detectar luz. Este nuevo dispositivo, presentado en un artículo publicado en Electrónica de la naturaleza , fue construido con un material de perovskita procesado en solución.

"Si tuviéramos un dispositivo de doble función que pudiera emitir y detectar luz de manera eficiente, podríamos usar un solo dispositivo para hacer el trabajo que normalmente requiere dos dispositivos convencionales, "Feng Gao, investigador principal del estudio, dijo a TechXplore. "Esto no solo podría reducir el costo de los dispositivos, pero también facilitan la integración de fuentes de luz y detectores en chips optoelectrónicos ".

En un estudio anterior presentado en Fotónica de la naturaleza , Gao y sus colegas identificaron un mecanismo conocido como 'efecto de pasivación' en las películas de perovskita, que son materiales emergentes utilizados para construir LED. Luego diseñaron un pasivador eficiente (es decir, una sustancia que puede reparar los defectos en los semiconductores) y la usó para mejorar la eficiencia cuántica de los LED de perovskita del infrarrojo cercano a más del 21%.

"Basado en este trabajo anterior, Estudiamos más a fondo la función de detección de luz de estos dispositivos y descubrimos que también muestran un rendimiento de fotodetección notable, "Chunxiong Bao, uno de los investigadores que realizó el estudio, dijo a TechXplore. "En nuestro estudio reciente, centramos nuestros esfuerzos en mejorar simultáneamente el rendimiento de detección y emisión de luz de los diodos basados ​​en perovskita, demostrando su viabilidad como dispositivos eficientes de emisión y detección de luz 'dos ​​en uno' ".

El material de perovskita que Gao, Bao y sus colegas solían construir su diodo tiene varias propiedades fotoeléctricas únicas. Además de una alta eficiencia cuántica de fotoluminiscencia (PLQE), que es ideal para el desarrollo de LED de alto rendimiento, el material tiene un alto coeficiente de absorción, permitiendo la fotodetección.

El material también exhibe una alta movilidad del portador y, por lo tanto, puede usarse para fabricar películas de una variedad de espesores. Finalmente, los investigadores observaron una gran superposición entre los espectros de fotoluminiscencia y absorción de la perovskita. Esto significa que el material también puede absorber la luz emitida por sí mismo.

Conjunto, todas estas propiedades permiten la creación de LED y fotodetectores de alto rendimiento, basado en la misma estructura de unión plana. En otras palabras, estas propiedades son las que finalmente le permitieron a Gao, Bao y sus colegas para crear un único dispositivo que pueda emitir y detectar luz.

Se descubrió que el diodo que desarrollaron lograba una emisión de luz con una eficiencia cuántica externa de más del 21% y un límite de detección de luz en la escala de subpicowatt. También puede alcanzar velocidades de funcionamiento de decenas de megahercios tanto al emitir como al detectar luz, desempeñándose notablemente bien en cada función. Es más, cuando se utiliza como detector, el dispositivo también es sensible a la luz emitida por sí mismo.

"Es un gran desafío para los semiconductores procesados ​​por soluciones convencionales utilizarlos como dispositivos de doble función de alto rendimiento, "Bao explicó." Tome como ejemplo el semiconductor orgánico y el punto cuántico coloidal. Los semiconductores orgánicos siempre muestran una superposición muy pequeña entre los espectros de absorción y fotoluminiscencia, por lo que muestran una absorción débil a la luz emitida por el mismo material, mientras que los LED de puntos cuánticos coloidales siempre se basan en una película de puntos cuánticos muy delgada debido a la propiedad de transporte de portadora muy baja, por lo que su absorción de luz es muy débil ".

Los investigadores se encuentran entre los primeros en introducir un diodo basado en perovskita que puede funcionar simultáneamente como una emisión de luz y un dispositivo de detección de luz. cambiar entre estas funciones y, sin embargo, desempeñarse notablemente bien en ambas. En el futuro, el dispositivo que desarrollaron podría usarse para crear dispositivos electrónicos más pequeños que se pueden usar como fuentes de luz y detectores. En su papel Gao, Bao y sus colegas describen dos posibles aplicaciones para el diodo, mostrando cómo se puede utilizar para construir un sensor de pulso cardíaco monolítico y en comunicaciones ópticas bidireccionales.

"Ahora planeamos mejorar aún más la velocidad de respuesta del dispositivo y la vida útil de la operación y estudiar el rendimiento de detección del LED de perovskita de luz visible para extender la aplicación al rango de luz visible, "Dijo Bao.

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