I ricercatori dell'Indian Institute of Science (IISc) hanno creato un nuovo ibrido di grafene e punti quantici, una svolta che può ispirare display e LED di nuova generazione altamente efficienti e controllabili.

I punti quantici sono nanocristalli semiconduttori con il potenziale per rivoluzionare diverse tecnologie, compreso il fotovoltaico, imaging medico e calcolo quantistico. Possono assorbire la luce UV e produrre nitidi, colori luminosi, rendendoli particolarmente attraenti per i televisori di prossima generazione, smartphone e led. Però, sono pessimi conduttori elettrici, e quindi inefficienti da utilizzare nei dispositivi da soli. Per migliorare la loro efficienza, i ricercatori hanno provato a combinarli con il grafene, un ottimo conduttore. L'aggiunta di grafene conferirebbe anche la capacità di armeggiare con l'output anche dopo la fabbricazione, oppure accendi e spegni il dispositivo a piacimento.

Sebbene la combinazione funzioni bene per fotorivelatori e sensori, è praticamente inutile per display e led, perché i punti quantici perdono la loro capacità di emettere luce quando si fondono con il grafene. Modificando alcune condizioni sperimentali, Gli scienziati dell'IISc hanno trovato un modo per eliminare questo effetto e creare un materiale ibrido altamente efficiente e sintonizzabile. I risultati, pubblicato in Fotonica ACS , aprono possibilità per una nuova generazione di display e LED all'avanguardia.

I punti quantici sono particelle estremamente minuscole con proprietà di gran lunga superiori ai semiconduttori convenzionali. Quando attivato dalla luce UV, possono produrre luce visibile in diversi colori a seconda delle loro dimensioni. Piccoli punti producono luce blu, Per esempio, mentre quelli grandi irradiano rosso.

Assorbono molto bene la luce, ma sono pessimi conduttori elettrici; i dispositivi basati su punti quantici che convertono la luce in elettricità non sono quindi molto efficienti. Grafene, d'altra parte, è quasi trasparente alla luce, ma è un ottimo conduttore elettrico. Quando i due sono combinati, il grafene potrebbe in linea di principio, allontana rapidamente l'energia assorbita dai punti quantici, ridurre la perdita di energia, e convertirlo in un segnale elettrico, Per esempio. Ciò consente di creare dispositivi come i fotorivelatori con un'efficienza estremamente elevata.

"Ottieni il meglio di entrambi, ", afferma l'autore senior Jaydeep Kumar Basu, professoressa, Dipartimento di Fisica, IISc.

Sulla diapositiva capovolta, il trasferimento di energia al grafene lascia punti quantici senza quasi energia rimasta per emettere luce, rendendo impossibile l'utilizzo in display o LED.

"Questa è un'area in cui l'applicazione di questi materiali ibridi non è decollata a causa di questo effetto, " dice Basu. "Il grafene agisce come una spugna, per quanto riguarda i punti quantici. Non consente alcuna emissione".

Il team di Basu ha cercato di superare questo effetto di "spegnimento" mettendo in gioco un fenomeno chiamato superradianza. Quando singoli atomi o emettitori (come i punti quantici) in uno strato sono eccitati, ognuno emette luce in modo indipendente. A determinate condizioni, tutti gli atomi o gli emettitori possono essere fatti per emettere luce in modo cooperativo. Questo produce una luce molto brillante, con un'intensità significativamente maggiore della somma delle singole emissioni.

In uno studio precedente, Il team di Basu è stato in grado di creare una superradianza in un sottile strato di punti quantici combinandolo con nanoparticelle metalliche in determinate condizioni sperimentali. Hanno ricreato quelle condizioni nei nuovi dispositivi ibridi quantum dot-grafene per produrre superradianza, che era abbastanza forte da compensare l'estinzione. Utilizzando modelli, hanno scoperto che questo accade quando i singoli punti quantici sono distanti 5 nm o meno, e lo strato di punti quantici e il grafene sono separati da una distanza di 3 nm o meno.

"Abbiamo dimostrato per la prima volta di poter uscire da questo effetto 'spugna', e mantieni in vita gli emettitori, "dice Basu.

Quando dominava il superradiamento, anche l'intensità della luce emessa in presenza di grafene è risultata tre volte superiore a quella che si sarebbe potuta ottenere utilizzando i soli punti quantici.

"Il vantaggio del grafene è che puoi anche sintonizzarlo elettricamente, "dice Basu. "Puoi variare l'intensità semplicemente cambiando la tensione o la corrente."

Lo studio apre anche nuove strade alla ricerca sulla comprensione di come la luce e la materia interagiscono su scala nanometrica, dicono gli autori.