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Pontos quânticos são cristais em nanoescala capazes de emitir luz de cores diferentes. Dispositivos de exibição baseados em pontos quânticos prometem maior eficiência de energia, brilho e pureza de cor do que as gerações anteriores de monitores. Das três cores normalmente necessárias para exibir imagens coloridas – vermelho, verde e azul – a última provou ser difícil de produzir. Um novo método baseado em estruturas químicas auto-organizadas oferece uma solução e uma técnica de imagem de ponta para visualizar esses novos pontos quânticos azuis provou ser essencial para sua criação e análise.
Observe atentamente a tela do seu dispositivo e você poderá ver os elementos individuais da imagem, pixels, que compõem a imagem. Os pixels podem aparecer em quase todas as cores, mas na verdade não são o menor elemento na tela, pois normalmente são compostos de subpixels que são vermelho, verde e azul. A intensidade variável desses subpixels dá aos pixels individuais a aparência de uma única cor de uma paleta de bilhões. A tecnologia subjacente por trás dos subpixels evoluiu desde os primórdios da televisão em cores, e agora há várias opções possíveis. Mas o próximo grande salto provavelmente será os chamados diodos emissores de luz de ponto quântico, ou QD-LEDs.
Já existem displays baseados em QD-LEDs, mas a tecnologia ainda está amadurecendo, e as opções atuais apresentam algumas desvantagens, especificamente em relação aos subpixels azuis dentro deles. Das três cores primárias, os subpixels azuis são os mais importantes. Através de um processo chamado down-conversion, a luz azul é usada para gerar luz verde e vermelha. Por causa disso, os pontos quânticos azuis exigem parâmetros físicos mais controlados. Isso geralmente significa que os pontos quânticos azuis são altamente complexos e caros de produzir, e sua qualidade é um fator crítico em qualquer exibição. Mas agora, uma equipe de pesquisadores liderada pelo professor Eiichi Nakamura, do Departamento de Química da Universidade de Tóquio, tem uma solução.
“Estratégias de design anteriores para pontos quânticos azuis eram muito de cima para baixo, pegando substâncias químicas relativamente grandes e colocando-as em uma série de processos para refiná-las em algo que funcionasse”, disse Nakamura. “Nossa estratégia é de baixo para cima. Construímos o conhecimento de nossa equipe de química auto-organizada para controlar com precisão as moléculas até que formem as estruturas que queremos. Pense nisso como construir uma casa de tijolos em vez de esculpir uma de pedra. É muito mais fácil seja preciso, projete da maneira que você deseja e seja mais eficiente e econômico também.”
Mas não é apenas a maneira como a equipe de Nakamura produziu seu ponto quântico azul que é especial; quando exposto à luz ultravioleta, produz uma luz azul quase perfeita, de acordo com o padrão internacional para medição de precisão de cores, conhecido como BT.2020. Isso se deve à composição química única de seu ponto, uma mistura híbrida de compostos orgânicos e inorgânicos, incluindo perovskita de chumbo, ácido málico e oleilamina. E somente através da auto-organização eles podem ser persuadidos na forma necessária, que é um cubo de 64 átomos de chumbo, quatro de cada lado.
“Surpreendentemente, um dos nossos maiores desafios foi descobrir que o ácido málico era uma peça chave do nosso quebra-cabeça químico. Levou mais de um ano tentando metodicamente coisas diferentes para encontrá-lo”, disse Nakamura. “Talvez menos surpreendente seja que nosso outro principal desafio foi determinar a estrutura de nosso ponto quântico azul. Com 2,4 nanômetros, 190 vezes menor que o comprimento de onda da luz azul que procuramos criar com ele, a estrutura de um ponto quântico não pode ser por meios convencionais. Então, recorremos a uma ferramenta de imagem criada por alguns de nossa equipe conhecida como SMART-EM, ou ‘química cinematográfica’, como gostamos de chamá-la.”
A química cinematográfica é uma evolução da imagem do microscópio eletrônico que é mais parecida com a gravação de um vídeo do que com uma imagem estática. Para capturar detalhes da estrutura do ponto quântico azul, isso é essencial, pois o nanocristal é realmente bastante dinâmico, portanto, qualquer imagem única dele contaria apenas um pequeno pedaço de sua história. Infelizmente, o ponto quântico azul também tem vida curta, embora isso fosse esperado, e a equipe agora pretende melhorar sua estabilidade com a ajuda da colaboração industrial.
Fonte da história:
Materiais fornecidos por Universidade de Tóquio. Nota: O conteúdo pode ser editado para estilo e duração.
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