Un equipo internacional de investigadores de ETH Zurich, IBM Research Zurich, Empa y cuatro instituciones de investigación estadounidenses han encontrado la explicación de por qué una clase de nanocristales que se ha estudiado intensamente en los últimos años brilla en colores increíblemente brillantes. Los nanocristales contienen cesiocompuestos de haluro de plomo que están dispuestos en una estructura reticular de perovskita.
Hace tres años, Maksym Kovalenko, profesor de ETH Zurich y Empa, logró crear nanocristales, o puntos cuánticos, como también se los conoce, a partir de este material semiconductor ". Estos pequeños cristales han demostrado ser extremadamente brillantes y"Fuentes de luz de emisión rápida, más brillantes y más rápidas que cualquier otro tipo de punto cuántico estudiado hasta ahora", dice Kovalenko. Al variar la composición de los elementos químicos y el tamaño de las nanopartículas, también logró producir una variedad de nanocristales que se iluminanen los colores de todo el espectro visible, por lo que estos puntos cuánticos también se tratan como componentes para futuros diodos emisores de luz y pantallas.
En un estudio publicado en la edición más reciente de la revista científica Naturaleza , el equipo de investigación internacional examinó estos nanocristales individualmente y con gran detalle. Los científicos pudieron confirmar que los nanocristales emiten luz extremadamente rápido. Los puntos cuánticos estudiados previamente suelen emitir luz alrededor de 20 nanosegundos después de excitarse a temperatura ambiente, lo queya es muy rápido. "Sin embargo, los puntos cuánticos de haluro de plomo y cesio emiten luz a temperatura ambiente después de solo un nanosegundo", explica Michael Becker, primer autor del estudio. Es estudiante de doctorado en ETH Zurich y está llevando a cabo su proyecto de doctorado enIBM Research.
par de agujeros de electrones en un estado de energía excitado
Comprender por qué los puntos cuánticos de haluro de plomo y cesio no solo son rápidos sino también muy brillantes implica sumergirse en el mundo de átomos individuales, partículas de luz fotones y electrones ". Puede usar un fotón para excitar nanocristales semiconductores para que un electrón salga de sulugar original en la red cristalina, dejando un agujero ", explica David Norris, profesor de Ingeniería de Materiales en ETH Zurich. El resultado es un par de electrones en un estado de energía excitado. Si el par de electrones vuelve a su tierra de energíaestado, se emite luz.
Bajo ciertas condiciones, son posibles diferentes estados de energía excitada; en muchos materiales, el más probable de estos estados se llama uno oscuro. "En un estado tan oscuro, el par de agujeros de electrones no puede volver a su estado fundamental de energía inmediatamente y, por lo tanto,la emisión de luz se suprime y se produce con retraso. Esto limita el brillo ", dice Rainer Mahrt, científico de IBM Research.
sin estado oscuro
Los investigadores pudieron demostrar que los puntos cuánticos de haluro de plomo y cesio difieren de otros puntos cuánticos: su estado de energía excitado más probable no es un estado oscuro. Los pares excitados de electrones tienen muchas más probabilidades de encontrarse en un estado en el quepueden emitir luz de inmediato. "Esta es la razón por la que brillan tanto", dice Norris
Los investigadores llegaron a esta conclusión utilizando sus nuevos datos experimentales y con la ayuda del trabajo teórico dirigido por Alexander Efros, físico teórico del Laboratorio de Investigación Naval en Washington. Es pionero en la investigación de puntos cuánticos y, hace 35 años,fue uno de los primeros científicos en explicar cómo funcionan los puntos cuánticos semiconductores tradicionales.
Buenas noticias para la transmisión de datos
Como los puntos cuánticos de haluro de plomo y cesio examinados no solo son brillantes, sino que también son económicos de producir, podrían aplicarse en pantallas de televisión, con el esfuerzo de varias compañías, en Suiza y en todo el mundo ". Además, como estos puntos cuánticos puedenemiten fotones rápidamente, son de particular interés para su uso en la comunicación óptica dentro de centros de datos y supercomputadoras, donde los componentes rápidos, pequeños y eficientes son centrales ", dice Mahrt. Otra aplicación futura podría ser la simulación óptica de sistemas cuánticos que es de gran importanciaa la investigación fundamental y la ciencia de los materiales.
El profesor de ETH Norris también está interesado en usar el nuevo conocimiento para el desarrollo de nuevos materiales. "Como ahora entendemos por qué estos puntos cuánticos son tan brillantes, también podemos pensar en la ingeniería de otros materiales con propiedades similares o incluso mejores".dice.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionados por ETH Zúrich . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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