09.06.2021 - University of Cambridge

El intercambio de átomos podría conducir a una nueva generación de LEDs ultra brillantes y flexibles

Un grupo internacional de investigadores ha desarrollado una nueva técnica que podría utilizarse para fabricar materiales emisores de luz de bajo coste más eficientes, flexibles y que puedan imprimirse mediante técnicas de chorro de tinta.

Los investigadores, dirigidos por la Universidad de Cambridge y la Universidad Técnica de Múnich, descubrieron que, cambiando uno de cada mil átomos de un material por otro, podían triplicar la luminiscencia de un nuevo tipo de material emisor de luz conocido como perovskita de haluro.

Este "intercambio de átomos", o dopaje, hace que los portadores de carga queden atrapados en una parte específica de la estructura cristalina del material, donde se recombinan y emiten luz. Los resultados, publicados en la revista Journal of the American Chemical Society, podrían ser útiles para la iluminación LED flexible e imprimible de bajo coste, las pantallas de los teléfonos inteligentes o los láseres baratos.

En la actualidad, muchas aplicaciones cotidianas utilizan dispositivos emisores de luz (LED), como la iluminación doméstica y comercial, las pantallas de televisión, los teléfonos inteligentes y los ordenadores portátiles. La principal ventaja de los LED es que consumen mucha menos energía que las tecnologías más antiguas.

En última instancia, también la totalidad de nuestra comunicación mundial a través de Internet se rige por señales ópticas procedentes de fuentes de luz muy brillantes que, dentro de las fibras ópticas, transportan la información a la velocidad de la luz por todo el planeta.

El equipo estudió una nueva clase de semiconductores llamados perovskitas de haluro en forma de nanocristales que miden sólo una diezmilésima parte del grosor de un cabello humano. Estos "puntos cuánticos" son materiales altamente luminiscentes: recientemente han salido al mercado los primeros televisores QLED de alto brillo que incorporan puntos cuánticos.

Los investigadores de Cambridge, en colaboración con el grupo de Daniel Congreve, de Harvard, experto en la fabricación de puntos cuánticos, han mejorado mucho la emisión de luz de estos nanocristales. Sustituyeron uno de cada mil átomos por otro -cambiando el plomo por iones de manganeso- y descubrieron que la luminiscencia de los puntos cuánticos se triplicaba.

Una investigación detallada mediante espectroscopia láser reveló el origen de esta observación. "Descubrimos que las cargas se acumulan en las regiones de los cristales que dopamos", explica Sascha Feldmann, del Laboratorio Cavendish de Cambridge, primer autor del estudio. "Una vez localizadas, esas cargas energéticas pueden encontrarse y recombinarse para emitir luz de forma muy eficiente".

"Esperamos que este fascinante descubrimiento: que incluso los cambios más pequeños en la composición química pueden mejorar enormemente las propiedades del material, allane el camino hacia pantallas LED y láseres baratos y ultrabrillantes en un futuro próximo", afirma el autor principal, Felix Deschler, afiliado conjuntamente al Cavendish y al Instituto Walter Schottky de la Universidad Técnica de Múnich.

En el futuro, los investigadores esperan identificar dopantes aún más eficientes que ayuden a hacer accesibles estas avanzadas tecnologías de la luz a todo el mundo.

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