27 abr 2023 (Noticias de Nanowerk) Los LED (diodos emisores de luz) de bajo consumo han comenzado a reemplazar muchos tipos de iluminación, tanto en interiores como en exteriores. Una razón clave del auge de los LED ha sido la investigación de materiales que mejoró en gran medida la calidad y la intensidad de la luz que se puede lograr con estos dispositivos. Pero esos materiales deben manejarse con niveles muy altos de precisión, incluidas superficies que estén lo más libres de defectos posible. “Son más eficientes y duran más”, dijo Ali Javey, científico sénior de la facultad del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley (Berkeley Lab), sobre los materiales que componen los dispositivos LED actuales, “pero para obtener buenas eficiencias, realmente hay que tratar el [material ] superficies a la perfección: debe observar y controlar la química de la superficie e incluso entonces, todavía tiene algunas pérdidas ligeras ". Javey también es profesor de ingeniería eléctrica y ciencias de la computación en la Universidad de California, Berkeley. Javey y su equipo dijeron que su investigación reciente sobre el fósforo negro (BP), un material de interés por sus propiedades electrónicas, revela una capacidad tentadora para la emisión de luz en la superficie del BP. Resulta que se pueden estimular capas extremadamente delgadas de BP para que emitan cantidades útiles de luz en longitudes de onda específicas. Es más, lo hará sin tener en cuenta la superficie. De hecho, incluso pueden dejar que BP se oxide (piense en herrumbre) y seguirá emitiendo luz en el infrarrojo medio (IR) sin pérdida de eficiencia. “No hacemos nada especial en la superficie. No hacemos ninguna química especial. No colocamos ninguna capa de protección especial”, dijo. El equipo de Javey publicó sus hallazgos en la revista Naturaleza Nanotecnología (“Dependencia anómala del espesor del rendimiento cuántico de fotoluminiscencia en fósforo negro”). El trabajo es un descubrimiento fundamental sobre las propiedades de BP y sugiere perspectivas interesantes para las aplicaciones. “El fósforo negro es realmente bueno para la detección y emisión de luz IR de onda media”, dijo Javey. “Nuestro grupo y otros han mostrado LED IR de onda media muy brillantes antes. Los LED de IR medio que utilizan semiconductores convencionales no son muy eficientes debido a las propiedades fundamentales de los materiales. BP tiene una ventaja inherente en ese rango de longitud de onda”. El rango de IR medio es de interés para aplicaciones en visión nocturna, detección, espectroscopia y más, continuó Javey. “Nuestros hallazgos enfatizan las características materiales únicas de los materiales en capas para aplicaciones optoelectrónicas novedosas, como dispositivos emisores de luz y fotodetectores”.

Obtención de luz a partir de fósforo negro delgado

El laboratorio de Javey ha estado investigando las "propiedades mágicas" de BP durante algún tiempo. En 2022, informaron que, bajo tensión mecánica, se puede inducir a BP para que emita o detecte luz infrarroja (IR) dinámicamente en un rango de longitudes de onda deseables (2.3 a 5.5 micrómetros, que abarca el infrarrojo de onda corta a media) y para hacerlo de forma reversible a temperatura ambiente. "En este nuevo artículo, observamos cómo cambia el mecanismo de emisión de luz cuando cambiamos el grosor de BP", dijo el coautor Shiekh Uddin. En unidades gruesas de BP, los electrones y los huecos, es decir, las partículas con carga negativa y positiva, pueden generar luz cuando chocan entre sí”. Sin embargo, adelgazados por debajo de unos pocos nanómetros, los electrones y los huecos en la superficie de BP están tan confinados que se combinan como imanes en un bolsillo. Este estado excitado, llamado excitón, emite la luz de manera más eficiente que los electrones y huecos aislados. “Es importante destacar que encontramos que la superficie es menos perjudicial para la eficiencia de la luminiscencia debido a la estructura cristalina inherente de BP”, dijo el coautor Naoki Higashitarumizu. Resulta que BP tiene una velocidad de recombinación superficial inusualmente baja. Esa es una medida de la rapidez con que los portadores (electrones o huecos) se pierden en la superficie del material sin generar luz. De hecho, la velocidad de recombinación superficial de BP es dos órdenes de magnitud menor que la de otros materiales, dijo Uddin. Esto es cierto incluso cuando la superficie se ha oxidado o dañado debido a la exposición ambiental. Como resultado, podemos lograr una emisión de luz brillante incluso cuando el BP se hace muy delgado. En el futuro, Javey dijo: "Creemos que la recombinación de baja superficie no se limita a BP, sino que también debería aplicarse a otros materiales en capas con estructuras cristalinas similares".

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• Fuente: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=62910.php