La concepción de los artistas de cómo la resolución del problema del parpadeo cuántico puede conducir a aplicaciones en áreas como la iluminación de estado sólido.
(PhysOrg.com) - Investigación de científicos de Los Alamos publicada hoy en la revista Naturaleza documenta un progreso significativo en la comprensión del fenómeno del parpadeo de puntos cuánticos. Sus hallazgos deberían mejorar la capacidad de los biólogos para rastrear partículas individuales, permitir a los tecnólogos crear nuevos diodos emisores de luz y fuentes de fotón único, e impulsar los esfuerzos de los investigadores de la energía para desarrollar nuevos tipos de células solares de alta eficiencia.
Lo más emocionante es que los investigadores de Los Alamos han demostrado que el parpadeo se puede controlar e incluso suprimir por completo electroquímicamente. Como describe el artículo de Nature, el grupo desarrolló un nuevo experimento espectro-electroquímico que les permitió cargar y descargar de manera controlada un solo punto cuántico mientras monitoreaban su comportamiento de parpadeo. Estos experimentos facilitaron el descubrimiento de dos mecanismos de parpadeo distintos. "Nuestro trabajo es un paso importante en el desarrollo de nanoestructuras con estabilidad, propiedades sin parpadeo para aplicaciones desde diodos emisores de luz y fuentes de fotón único hasta células solares, "dijo Victor Klimov, Científico de LANL y director del Centro de Fotofísica Solar Avanzada (CASP).
Los puntos cuánticos son partículas de entre 1 y 10 nanómetros de diámetro. Un nanómetro tiene solo una milmillonésima parte de un metro de ancho, o aproximadamente 1/3000 del diámetro de un cabello humano. En estas pequeñas dimensiones las reglas de la física cuántica permiten a los científicos producir partículas con propiedades ópticas y electrónicas dependientes del tamaño. Junto con el hecho de que pueden fabricarse mediante técnicas fáciles de química húmeda, su naturaleza cuántica hace que estos puntos sean materiales atractivos para una amplia gama de aplicaciones.
Los puntos cuánticos de nanocristales han estado en la escena de la investigación durante décadas. El color que producen cuando se excitan por la absorción de luz o la corriente eléctrica se puede ajustar con precisión desde el espectro infrarrojo a través del visible al ultravioleta. y son baratos y fáciles de hacer.
Frente a estas ventajas hay un inconveniente:las propiedades ópticas de los puntos cuánticos pueden variar aleatoriamente con el tiempo. Quizás, la manifestación más dramática de esta variación es el "parpadeo" de los puntos cuánticos.
Adicionalmente, si está energizado por luz o corriente eléctrica, se caracterizan por un efecto conocido como recombinación Auger que compite con la emisión de luz en los diodos emisores de luz y reduce la salida de corriente en las células solares. Tanto el parpadeo como la recombinación Auger reducen la eficiencia de los puntos cuánticos, y controlarlos ha sido el foco de una intensa investigación.
Para sondear el mecanismo responsable del parpadeo, Christophe Galland, investigador postdoctoral en CASP, junto con colaboradores del Centro de Nanotecnologías Integradas (CINT) y CASP desarrollaron un nuevo experimento espectro-electroquímico que les permitió cargar y descargar de manera controlada un solo punto cuántico mientras monitoreaban su comportamiento de parpadeo. Es este trabajo el que se describe en el artículo de Nature. Su principal resultado es el descubrimiento de dos mecanismos de parpadeo distintos.
El primero es consistente con el concepto tradicional de parpadeo de puntos cuánticos, es decir, la carga y descarga eléctricas aleatorias del núcleo del punto. En este modelo, un estado cargado es "oscuro" debido a la recombinación Auger no radiativa altamente eficiente.
El segundo mecanismo fue una sorpresa; la mayoría de los puntos cuánticos parpadean debido al llenado y vaciado de una "trampa" de defectos de superficie en el punto. Si no está ocupado, esta trampa intercepta un electrón "caliente" que de otro modo produciría emisión de fotones, provocando así un parpadeo. Con más investigación sobre las propiedades fotofísicas de los puntos cuánticos, los científicos esperan proporcionar un modelo teórico completo de este fenómeno.
"La nueva técnica de espectroelectroquímica de nanocristales individuales desarrollada aquí podría extenderse fácilmente para estudiar el efecto de la carga en una amplia gama de nanoestructuras, incluidos los nanotubos y nanocables de carbono, "dijo Han Htoon, un científico del personal del CINT que participó en la investigación. "Creo que se convertirá en una nueva capacidad importante para CINT".
Los experimentos se realizaron en CINT, a Instalaciones para usuarios de la Oficina de Ciencias del Departamento de Energía de EE. UU. y Centro de Investigación Científica a Nanoescala. Su énfasis está en explorar el camino desde el descubrimiento científico hasta la integración de nanoestructuras en los mundos micro y macro.
