Una nueva perspectiva para el desarrollo de nuevos candidatos de haluros de cobre alcalino (I) y Cs5Cu3Cl6I2 podría ser un material emisor de azul prometedor con elementos no tóxicos, alta eficiencia cuántica, y estabilidad ambiental. Crédito:Tecnología de Tokio
Los científicos del Instituto de Tecnología de Tokio (Tokyo Tech) han descubierto un nuevo haluro de cobre alcalino, Cs 5 Cu 3 Cl 6 I 2 , que emite luz azul pura. La combinación de los dos iones haluro, cloruro y yoduro, confiere al material una estructura cristalina formada por cadenas en zigzag y propiedades peculiares que dan como resultado una fotoluminiscencia de alta eficiencia. Este nuevo compuesto podría usarse fácilmente para producir LED blancos relativamente económicos y ecológicos y reducir la energía utilizada en la generación de luz artificial diaria.
La luz artificial representa aproximadamente el 20% de la electricidad total consumida a nivel mundial. Considerando la actual crisis ambiental, esto hace que el descubrimiento de materiales emisores de luz energéticamente eficientes sea particularmente importante, especialmente aquellos que producen luz blanca. Durante la ultima decada, avances tecnológicos en iluminación de estado sólido, el subcampo de investigación de semiconductores relacionado con compuestos emisores de luz, ha llevado al uso generalizado de LED blancos. Sin embargo, la mayoría de estos LED son en realidad un chip LED azul recubierto con un material luminiscente amarillo; la luz amarilla emitida combinada con la luz azul restante produce el color blanco.
Por lo tanto, Una forma de reducir el consumo de energía de las luces LED blancas modernas es encontrar mejores semiconductores que emitan azul. Desafortunadamente, ningún compuesto emisor de azul conocido fue simultáneamente altamente eficiente, fácilmente procesable, durable, Respetuoso del medio ambiente, y fabricado con materiales abundantes, hasta ahora.
En un estudio reciente, publicado en Materiales avanzados , un equipo de científicos del Instituto de Tecnología de Tokio, Japón, descubrió un nuevo haluro de cobre alcalino, Cs 5 Cu 3 Cl 6 I 2 , que llena todos los criterios. A diferencia de Cs 3 Cu 2 I 5 , otro candidato prometedor emisor de azul para dispositivos futuros, el compuesto propuesto tiene dos haluros diferentes, cloruro y yoduro. Aunque los materiales de haluros mixtos se han probado antes, Cs 5 Cu 3 Cl 6 I 2 tiene propiedades únicas que surgen específicamente del uso de iones I- y Cl-.
Resulta que Cs 5 Cu 3 Cl 6 I 2 forma una cadena en zigzag unidimensional a partir de dos subunidades diferentes, y los eslabones de la cadena están puenteados exclusivamente por iones I-. Los científicos también encontraron otra característica importante:su banda de valencia, que describe los niveles de energía de los electrones en diferentes posiciones de la estructura cristalina del material, es casi plano (de energía constante). Sucesivamente, esta característica hace que los agujeros fotogenerados (pseudopartículas con carga positiva que representan la ausencia de un electrón fotoexcitado) sean "más pesados". Estos orificios tienden a inmovilizarse debido a su fuerte interacción con los iones I-, y se unen fácilmente con electrones libres cercanos para formar un pequeño sistema conocido como excitón.
Los excitones inducen distorsiones en la estructura cristalina. Al igual que el hecho de que uno tendría problemas para moverse sobre una gran red suspendida que está considerablemente deformada por el propio peso, los excitones quedan atrapados en su lugar por su propio efecto. Esto es crucial para la generación de luz azul altamente eficiente. Profesor Junghwan Kim, quien dirigió el estudio, explica:"Los excitones auto-atrapados son formas localizadas de energía ópticamente excitada; la eventual recombinación de su par electrón-agujero constituyente causa fotoluminiscencia, la emisión de luz azul en este caso ".
Además de su eficiencia, Cs 5 Cu 3 Cl 6 I 2 Tiene otras propiedades atractivas. Está compuesto exclusivamente por abundantes materiales, haciéndolo relativamente económico. Es más, es mucho más estable en el aire que Cs 3 Cu 2 I 5 y otros compuestos de haluro de cobre alcalino. Los científicos encontraron que el desempeño de Cs 5 Cu 3 Cl 6 I 2 no se degradó cuando se almacenó en el aire durante tres meses, mientras que los compuestos emisores de luz similares se comportaron peor después de unos pocos días. Finalmente, Cs 5 Cu 3 Cl 6 I 2 no requiere plomo, un elemento altamente tóxico, haciéndolo ecológico en general.
El profesor Kim concluyó:"Nuestros hallazgos brindan una nueva perspectiva para el desarrollo de nuevos candidatos a haluro de cobre alcalino y demuestran que Cs 5 Cu 3 Cl 6 I 2 podría ser un material prometedor que emite azul ”. Es de esperar que la luz de este equipo de científicos conduzca a una tecnología de iluminación más eficiente y ecológica.
