doi.org/10.1021/acsnano.4c02905
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Cientistas do NRL descobriram novos nanocristais semicondutores com excitons brilhantes no estado fundamental, potencialmente revolucionando dispositivos emissores de luz e resolvendo o problema do exciton escuro
Cientistas do Laboratório de Pesquisa Naval dos EUA (NRL) confirmaram a identificação de uma nova classe de nanocristais semicondutores com excitons brilhantes no estado fundamental. Este avanço significativo na optoeletrônica foi publicado recentemente no periódico da American Chemical Society (ACS), ACS Nano.
A pesquisa teórica inovadora pode revolucionar o desenvolvimento de dispositivos emissores de luz altamente eficientes e outras tecnologias.
Geralmente, o exciton de menor energia em nanocristais emite pouco, ganhando o nome de exciton escuro. Como ele retarda a emissão de luz, o exciton escuro limita o desempenho de dispositivos baseados em nanocristais, como lasers ou diodos emissores de luz (LEDs). Os cientistas há muito buscam superar o exciton escuro.
Nós nos propusemos encontrando novos materiais nos quais a ordem do exciton é invertida, de modo que o exciton de menor energia seja brilhante, – disse John Lyons, Ph.D., da Seção de Teoria de Materiais Funcionais Avançados. Pesquisando em bancos de dados de materiais de código aberto usando critérios informados por nossa modelagem teórica, identificamos mais de 150 alvos. Reduzimos ainda mais essa lista com cálculos avançados de primeiros princípios, terminando com 28 candidatos para nanomateriais de exciton brilhante.-
Candidatos promissores para nanomateriais de excitons brilhantes
Modelagem mais detalhada desses materiais indica que pelo menos quatro podem produzir excitons brilhantes de estado fundamental em nanocristais. Esta descoberta, feita em colaboração com o Prof. David Norris do Instituto Federal de Tecnologia (ETH) de Zurique e Peter Sercel, Ph.D., do Centro de Semicondutores Híbridos Orgânicos-Inorgânicos para Energia (CHOISE), pode abrir caminho para o desenvolvimento de dispositivos emissores de luz ultrabrilhantes e altamente eficientes, lasers e outras tecnologias,- disse Lyons.
Alexander Efros, Ph.D., cientista sênior da divisão de Ciência dos Materiais e autor sênior do artigo, elaborou as implicações da pesquisa. Em nossa pesquisa, identificamos vários materiais de excitons brilhantes que podem emitir luz em um amplo espectro, do infravermelho ao ultravioleta,- disse Efros. Essa versatilidade os torna muito úteis para aplicações optoeletrônicas. A capacidade de projetar nanocristais com estados excitônicos brilhantes em toda essa ampla faixa abre novos caminhos para criar LEDs, células solares e fotodetectores melhores e mais eficientes. –
Ao resolver o problema do exciton escuro, os cientistas do NRL esperam estimular a grande comunidade de nanomateriais a atacar nanoestruturas de excitons brilhantes, uma área que está parada há muito tempo. Hoje, três desses materiais estão sendo cultivados no NRL como parte da iniciativa Bright Nanocrystal Emitters do Nanoscience Institute Program, com o objetivo de demonstrar conclusivamente o comportamento do exciton brilhante no laboratório e alavancá-lo para futuras tecnologias navais.
Nossas descobertas demonstram o poder de combinar triagem computacional de alto rendimento, teoria de caneta e papel e cálculos de alta precisão da estrutura eletrônica, – disse Michael Swift, Ph.D. Nenhuma técnica seria suficiente por si só, mas juntos descobrimos novos nanocristais ultrabrilhantes e desbloqueamos o poder do exciton brilhante em classes inexploradas de materiais. –
A Seção de Teoria de Materiais Funcionais Avançados realiza pesquisas básicas e aplicadas em sistemas de materiais funcionais, estruturais, biológicos e eletrônicos. A Seção é pioneira em novos métodos para simular materiais e sistemas, incluindo desenvolvimento original de técnicas computacionais e teóricas, modificação de abordagens existentes e aplicação de metodologias estabelecidas a novos materiais e áreas. O objetivo da Seção é usar teoria e simulação para entender, melhorar e desenvolver materiais de importância naval presente e futura.
O Dr. Will Davids, que concluiu seu doutorado com o Professor Ringer e agora trabalha para a empresa de engenharia Infravue, disse: Este é um avanço emocionante porque mostramos que as medições de SRO são possíveis em ligas multicomponentes, o que sem dúvida será benéfico para a comunidade de ciência e engenharia de materiais. A comunidade agora vai querer aprender como expandir ainda mais o regime mensurável de SRO, então um grande espaço neste campo de pesquisa acaba de se abrir. –
Publicado em 15/08/2024 16h21
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