Al anidar puntos cuánticos en una estructura aislante de caja de huevos, Los investigadores de la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de Harvard (SEAS) han demostrado una nueva arquitectura robusta para dispositivos emisores de luz de puntos cuánticos (QD-LED).

Los puntos cuánticos son cristales muy pequeños que brillan con brillo, colores intensos cuando son estimulados por una corriente eléctrica. Se espera que los LED QD encuentren aplicaciones en televisores y pantallas de computadoras, fuentes de luz generales, y láseres.

El trabajo anterior en el campo se había complicado por moléculas orgánicas llamadas ligandos que cuelgan de la superficie de los puntos cuánticos. Los ligandos juegan un papel esencial en la formación de puntos cuánticos, pero pueden causar problemas funcionales más adelante.

Gracias a un innovador cambio de técnica ideado por el equipo de Harvard, los ligandos que alguna vez fueron problemáticos ahora se pueden usar para construir una estructura QD-LED más versátil. El nuevo diseño de una sola capa, descrito en la revista Advanced Materials, puede soportar el uso de tratamientos químicos para optimizar el rendimiento del dispositivo para diversas aplicaciones.

"Con puntos cuánticos, el entorno químico óptimo para el crecimiento no suele ser el entorno óptimo para el funcionamiento, "dice el co-investigador principal Venkatesh Narayanamurti, Profesor Benjamin Peirce de Tecnología y Políticas Públicas en SEAS.

Los puntos cuánticos cada uno solo 6 nanómetros de diámetro, se cultivan en una solución que brilla intensamente bajo una luz negra.

La solución de puntos cuánticos se puede depositar sobre la superficie de los electrodos utilizando una variedad de técnicas, pero según el autor principal Edward Likovich (A.B. '06, S.M. '08, Doctor. '11), quien realizó la investigación como candidato a doctorado en física aplicada en SEAS, "Ahí es cuando se complica".

"El núcleo de los puntos es un entramado perfecto de material semiconductor, pero en el exterior es mucho más desordenado, ", dice." Los puntos están cubiertos con ligandos, largas cadenas orgánicas que son necesarias para la síntesis precisa de los puntos en solución. Pero una vez que deposita los puntos cuánticos en la superficie del electrodo, estos mismos ligandos hacen que muchos de los pasos típicos de procesamiento del dispositivo sean muy difíciles ".

Los ligandos pueden interferir con la conducción de corriente, y los intentos de modificarlos pueden hacer que los puntos cuánticos se fusionen, destruyendo las propiedades que las hacen útiles. Las moléculas orgánicas también pueden degradarse con el tiempo cuando se exponen a los rayos ultravioleta.

A los investigadores les gustaría poder usar esos ligandos para producir los puntos cuánticos en solución, minimizando al mismo tiempo el impacto negativo de los ligandos en la conducción de corriente.

"Las tecnologías QD que se han desarrollado hasta ahora son tan grandes, grueso, dispositivos multicapa, "dice el coautor Rafael Jaramillo, un Ziff Environmental Fellow en el Centro para el Medio Ambiente de la Universidad de Harvard. Jaramillo trabaja en el laboratorio de Shriram Ramanathan, Profesor Asociado de Ciencia de Materiales en SEAS.

"Hasta ahora, esas múltiples capas han sido esenciales para producir suficiente luz, pero no permiten mucho control sobre la conducción de corriente o la flexibilidad en términos de tratamientos químicos. Una delgada, La película monocapa de puntos cuánticos es de gran interés en este campo, porque permite tantas aplicaciones nuevas ".

El nuevo QD-LED se asemeja a un sándwich, con una sola capa activa de puntos cuánticos ubicada en el aislamiento y atrapada entre dos electrodos cerámicos. Para crear luz la corriente debe canalizarse a través de los puntos cuánticos, pero los puntos también deben mantenerse separados unos de otros para que funcionen.

En un diseño temprano, el camino de menor resistencia estaba entre los puntos cuánticos, por lo que la corriente eléctrica pasó por alto los puntos y no produjo luz.

Abandonando la técnica de evaporación tradicional que habían estado usando para aplicar aislamiento al dispositivo, en cambio, los investigadores utilizaron la deposición de la capa atómica (ALD), una técnica que involucra chorros de agua. ALD aprovecha los ligandos resistentes al agua en los puntos cuánticos, así que cuando se aplica el aislamiento de óxido de aluminio a la superficie, llena selectivamente los espacios entre los puntos, produciendo una superficie plana en la parte superior.

La nueva estructura permite un control más efectivo sobre el flujo de corriente eléctrica.

"La explotación de estos ligandos hidrófobos nos permitió aislar los intersticios entre los puntos cuánticos, esencialmente creando una estructura que actúa como una caja de huevos para puntos cuánticos, "dice el coautor Kasey Russell (A.B. '02, Doctor. '09), becario postdoctoral en SEAS. "El beneficio es que podemos canalizar la corriente directamente a través de los puntos cuánticos a pesar de tener solo una capa de ellos, y porque tenemos esa única capa, podemos aplicarle nuevos tratamientos químicos, avanzando ".

A través de la Oficina de Desarrollo Tecnológico de Harvard, Likovich y sus colegas han solicitado una patente provisional sobre el dispositivo. Más allá de las posibles aplicaciones en pantallas de ordenador y TV, luces, y láseres, la tecnología podría usarse algún día en transistores de efecto de campo o células solares.