El método de un profesor de la Universidad de Rice para "convertir" la luz podría hacer que las células solares sean más eficientes y que las nanopartículas dirigidas a enfermedades sean más efectivas
Los experimentos dirigidos por Gururaj Naik, profesor asistente de ingeniería eléctrica e informática, combinaron metales plasmónicos y pozos cuánticos semiconductores para aumentar la frecuencia de la luz, cambiando su color.
En un prototipo a nanoescala que Naik desarrolló como investigador postdoctoral en la Universidad de Stanford, los pilones diseñados a medida que fueron impactados por la luz verde produjeron un brillo azul de mayor energía. "Estoy tomando fotones de baja energía y convirtiéndolos en energía altafotones ", dijo.
La conversión ascendente eficiente de la luz podría permitir que las células solares conviertan la luz solar infrarroja desperdiciada en electricidad o ayudar a las nanopartículas activadas por la luz a tratar las células enfermas, dijo Naik.
El trabajo aparece en la American Chemical Society Nano letras .
La magia ocurre dentro de pequeños pilones que miden alrededor de 100 nanómetros de diámetro. Cuando se excita por una longitud de onda de luz específica, las motas de oro en las puntas de los pilones convierten la energía de la luz en plasmones, ondas de energía que se mueven rítmicamente sobre la superficie doradacomo ondas en un estanque. Los plasmones son de corta duración, y cuando se descomponen, abandonan su energía de una de dos maneras: emiten un fotón de luz o producen calor transfiriendo su energía a un solo electrón: un "electrón caliente
El trabajo de Naik en Stanford se inspiró en el trabajo innovador de los profesores Naomi Halas y Peter Nordlander en el Laboratorio de Arroz para Nanofotónica de Rice, que habían demostrado que excitantes materiales plasmónicos también excitaban "portadores calientes" - electrones y agujeros - dentro.son las vacantes creadas cuando un electrón se excita a un estado superior, dando a su átomo una carga positiva.
"Plasmonics es realmente excelente para exprimir la luz en la nanoescala", dijo Naik, quien se unió a la facultad de Rice hace un año. "Pero eso siempre tiene el costo de algo. Halas y Nordlander mostraron que puede extraer las pérdidas ópticas en la formade electricidad. Mi idea era devolverlos a la forma óptica "
Diseñó pilones usando capas alternativas de nitruro de galio y nitruro de galio indio que estaban cubiertas con una fina capa de oro y rodeadas de plata. En lugar de dejar que los portadores calientes se escapen, la estrategia de Naik fue dirigir los electrones calientes y los agujeros calientes hacialas bases de nitruro de galio y nitruro de galio indio que sirven como pozos cuánticos atrapadores de electrones. Estos pozos tienen un intervalo de banda inherente que secuestra electrones y agujeros hasta que se recombinan a suficiente energía para saltar el espacio y liberar fotones a una frecuencia más alta.
Los convertidores ascendentes actuales utilizados en comunicaciones en chip, terapia fotodinámica, seguridad y almacenamiento de datos tienen eficiencias en el rango del 5 al 10 por ciento, dijo Naik. La teoría cuántica ofrece una eficiencia máxima del 50 por ciento "porque estamos absorbiendo dosfotones para emitir uno " pero, dijo, el 25 por ciento es un objetivo práctico para su método.
Naik señaló que sus dispositivos pueden sintonizarse cambiando el tamaño y la forma de las partículas y el grosor de las capas ". Los convertidores ascendentes basados en lantánidos y moléculas orgánicas emiten y absorben luz a frecuencias establecidas porque están fijados por niveles de energía atómica o molecular", dijo." Podemos diseñar pozos cuánticos y sintonizar sus intervalos de banda para emitir fotones en el rango de frecuencia que queramos y diseñar de manera similar nanoestructuras metálicas para absorber a diferentes frecuencias. Eso significa que podemos diseñar la absorción y la emisión de manera casi independiente, lo que no fue posibleantes de."
Naik construyó y probó un prototipo de prueba de concepto de la matriz de pilones mientras trabajaba en el laboratorio de Stanford de Jennifer Dionne después de ser coautora de un documento teórico con ella que preparó el escenario para los experimentos.
"Ese es un dispositivo de estado sólido", dijo Naik sobre el prototipo. "El siguiente paso es hacer partículas independientes recubriendo puntos cuánticos con metal con el tamaño y la forma correctos".
Dijo que estos son prometedores como agentes de contraste médicos o vehículos de entrega de drogas, dijo. "La luz infrarroja penetra más profundamente en los tejidos, y la luz azul puede causar las reacciones necesarias para la entrega de la medicina", dijo Naik. "La gente usa conversores con drogas, envíelos a la parte deseada del cuerpo y brille luz infrarroja desde el exterior para administrar y activar el medicamento "
Dijo que las partículas también harían una tinta invisible media, dijo. "Puede escribir con un convertidor ascendente y nadie lo sabría hasta que brille infrarrojo de alta intensidad y se convierta en luz visible".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionados por Universidad de Rice . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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