Cuando los defectos del material se convierten en transportadores de energía
Investigadores de Kiel descubren un nuevo mecanismo para el transporte de energía en materiales de espesor atómico
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Los defectos atómicos son inevitables: ningún material está completamente libre de defectos. Sin embargo, lo que durante mucho tiempo se consideró sobre todo un punto débil podría ser también un punto fuerte. Investigadores de la Universidad Christian-Albrechts de Kiel (CAU) han demostrado ahora que dichos defectos no solo absorben energía, sino que también pueden transmitirla de forma selectiva. Un equipo dirigido por Nahid Talebi, catedrática de nanoóptica en la CAU, ha publicado recientemente un estudio al respecto en la revista especializada ACS Nano.
Los defectos se convierten en una red
El funcionamiento del transporte de energía se pone de manifiesto en la interacción entre dos materiales que tienen un espesor de tan solo unas pocas capas atómicas: una perovskita, capaz de absorber energía, y nitruro de boro hexagonal. Esta última clase de material está formada por átomos de boro y nitrógeno, que normalmente se disponen de forma regular. Sin embargo, algunos puntos se desvían de esta estructura. Estos defectos atómicos pueden absorber energía de la perovskita y transmitirla a otros defectos. La energía en la perovskita se encuentra inicialmente en un estado excitado, que los físicos denominan «excitón». El equipo parte de la hipótesis de que la energía pasa de estos estados a los defectos del nitruro de boro.
La distancia a la que la energía puede propagarse a través de esta red de defectos es inusual: el equipo pudo detectar la señal incluso a una distancia de hasta 150 micrómetros del punto original de excitación. Esto equivale aproximadamente al grosor de un cabello humano. La longitud de transporte de energía medida fue de unos 142 micrómetros.
Según los experimentos, los enfoques convencionales, como el movimiento de los excitones por sí solo o una guía de onda óptica, no bastan para explicar esta distancia. Los investigadores atribuyen el transporte de energía observado principalmente a las interacciones entre los defectos y a la absorción y emisión repetidas de luz dentro de la red de defectos.
Un factor decisivo para el descubrimiento fue un método especial de medición de catodoluminescencia desarrollado por el equipo de nanoóptica de Kiel. Para ello, los investigadores excitaron el material con un haz de electrones y captaron la luz resultante con una fibra óptica. El haz de electrones permaneció siempre en el mismo punto, mientras que la fibra se alejaba de él paso a paso. Al mismo tiempo, observaron lo que sucedía bajo un microscopio electrónico y constataron que la señal luminosa seguía presente incluso a gran distancia del punto de excitación.
Nuevas posibilidades para las tecnologías ópticas y cuánticas
«Normalmente, muchos materiales cuánticos deben enfriarse para que podamos observar sus propiedades. Sin embargo, nuestro efecto se produce a temperatura ambiente. Esto lo hace especialmente interesante para seguir investigándolo», afirma Talebi, miembro del centro de investigación KiNSIS (Kiel Nano, Surface and Interface Science). Allí, los científicos investigan, entre otras cosas, materiales a nanoescala e interfaces para aplicaciones en tecnología cuántica. El equipo también ve potencial para nuevos componentes en los que la energía o la información se transporten mediante excitaciones con luz.
A continuación, los investigadores quieren averiguar cómo podrían controlar de forma selectiva el intercambio de energía en el material estudiado. Talebi espera que esto impulse el desarrollo de materiales cuánticos híbridos. El artículo proporciona, en primer lugar, los fundamentos físicos para ello y menciona, por ejemplo, los transductores cuánticos, que transmiten información cuántica entre diferentes sistemas, y las conexiones optoelectrónicas para la transmisión rápida de datos como posibles aplicaciones.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Alemán se puede encontrar aquí.
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