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Embora os nanocristais ofereçam ajuste de cores e sejam usados em várias tecnologias, a obtenção de cores diferentes requer o uso de nanocristais diferentes para cada cor, e a alternância dinâmica entre as cores não foi possível. Uma equipe de pesquisadores do Instituto de Química e do Centro de Nanociência e Nanotecnologia da Universidade Hebraica de Jerusalém, incluindo o estudante de pós-graduação Yonatan Ossia com outros sete membros, e liderada pelo Prof. Uri Banin, agora apresentou uma solução inovadora para este problema. Ao desenvolver um sistema de uma “molécula artificial” feita de dois nanocristais semicondutores acoplados que emitem luz em duas cores diferentes, foi demonstrada a troca rápida e instantânea de cores.
A luz colorida e sua capacidade de ajuste são a base para muitas tecnologias modernas essenciais: de iluminação, telas, redes de comunicação de fibra óptica rápida e muito mais. Ao levar os semicondutores emissores de cor para a nanoescala (nano um bilionésimo de metro, cem mil vezes menor que um fio de cabelo humano), entra em cena um efeito chamado confinamento quântico: a mudança de tamanho do nanocristal modifica a cor da luz emitida . Assim, fontes de luz brilhante podem ser obtidas cobrindo todo o espectro visível. Devido à capacidade de ajuste de cor única de tais nanocristais e sua fácil fabricação e manipulação usando química úmida, eles já são amplamente utilizados em displays comerciais de alta qualidade, proporcionando excelente qualidade de cor juntamente com características significativas de economia de energia. No entanto, até hoje, obter cores diferentes (como as necessárias para os diferentes pixels RGB) exigia o uso de nanocristais diferentes para cada cor específica, e a alternância dinâmica entre as diferentes cores não era possível.
Embora o ajuste de cores de nanocristais coloidais únicos que se comportam como “átomos artificiais” tenha sido previamente investigado e implementado em protótipos de dispositivos optoeletrônicos, mudar as cores ativamente tem sido um desafio devido ao brilho diminuído inerentemente que acompanha o efeito, que produziu apenas uma ligeira mudança na cor . A equipe de pesquisa superou essa limitação, criando uma nova molécula com dois centros de emissão, onde um campo elétrico pode sintonizar a emissão relativa de cada centro, mudando a cor, mas sem perder o brilho. A molécula artificial pode ser feita de forma que um de seus nanocristais constituintes seja sintonizado para emitir luz “verde”, enquanto o outro luz “vermelha”. A emissão desta nova molécula artificial emissora de cor dupla é sensível à voltagem externa induzindo um campo elétrico: uma polaridade do campo induz a emissão de luz do centro “vermelho” e mudando o campo para a outra polaridade, a emissão de cor é trocada instantaneamente para “verde” e vice-versa. Esse fenômeno de troca de cores é reversível e imediato, pois não inclui nenhum movimento estrutural da molécula. Isso permite obter cada uma das duas cores, ou qualquer combinação delas, simplesmente aplicando a voltagem apropriada no dispositivo. Essa capacidade de controlar com precisão o ajuste de cores em dispositivos optoeletrônicos, preservando a intensidade, abre novas possibilidades em vários campos, incluindo monitores, iluminação e dispositivos optoeletrônicos em nanoescala com cores ajustáveis e também como uma ferramenta para detecção de campo sensível para aplicações biológicas e neurociência a seguir a atividade cerebral. Além disso, permite ajustar ativamente as cores de emissão em fontes de fótons individuais, importantes para futuras tecnologias de comunicação quântica.
O Prof. Uri Banin, da Universidade Hebraica de Jerusalém, explicou: “Nossa pesquisa é um grande avanço em nanomateriais para optoeletrônica. Este é um passo importante em nossa exposição da ideia de “química de nanocristais” lançada apenas alguns anos atrás em nossa pesquisa grupo, onde os nanocristais são blocos de construção de moléculas artificiais com novas e empolgantes funcionalidades. Ser capaz de mudar as cores de forma tão rápida e eficiente em nanoescala como conseguimos tem enormes possibilidades. Isso pode revolucionar telas avançadas e criar fontes de fótons únicos que podem ser trocadas por cores. “
Ao utilizar essas moléculas de pontos quânticos com dois centros de emissão, várias cores específicas de luz usando a mesma nanoestrutura podem ser geradas. Este avanço abre portas para o desenvolvimento de tecnologias sensíveis para detectar e medir campos elétricos. Ele também permite novos designs de exibição onde cada pixel pode ser controlado individualmente para produzir cores diferentes, simplificando o design de exibição RGB padrão para uma base menor de pixels, que tem o potencial de aumentar a resolução e economia de energia de futuros monitores comerciais. Esse avanço na troca de cores induzida por campo elétrico tem imenso potencial para transformar a personalização de dispositivos e a detecção de campo, abrindo caminho para futuras inovações empolgantes.
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