Encontrar nuevos materiales semiconductores que emitan luz es esencial para desarrollar una amplia gama de dispositivos electrónicos. Pero hacer estructuras artificiales que emitan luz adaptada a nuestras necesidades específicas es una propuesta aún más atractiva. Sin embargo, la emisión de luz en un semiconductorsolo ocurre cuando se cumplen ciertas condiciones Hoy, investigadores de la Universidad de Ginebra UNIGE, Suiza, en colaboración con la Universidad de Manchester, han descubierto una clase completa de materiales bidimensionales que tienen el grosor de uno o unos pocos átomos.Cuando se combinan juntos, estos cristales atómicamente delgados son capaces de formar estructuras que emiten luz personalizable en el color deseado. Esta investigación, publicada en la revista Materiales de la naturaleza , marca un paso importante hacia la futura industrialización de materiales bidimensionales.
Los materiales semiconductores capaces de emitir luz se utilizan en sectores tan diversos como telecomunicaciones, dispositivos emisores de luz LED y diagnósticos médicos. La emisión de luz ocurre cuando un electrón salta dentro del semiconductor desde un nivel de energía más alto a un nivel más bajoEs la diferencia de energía lo que determina el color de la luz emitida. Para que se produzca luz, la velocidad del electrón antes y después del salto debe ser exactamente la misma, una condición que depende del material semiconductor específico considerado.algunos semiconductores se pueden usar para la emisión de luz: por ejemplo, el silicio, que se usa para fabricar nuestras computadoras, no se puede usar para fabricar LED.
"Nos preguntamos si podrían usarse materiales bidimensionales para hacer estructuras que emitan luz con el color deseado", explica Alberto Morpurgo, profesor del Departamento de Física de la Materia Cuántica, en la Facultad de Ciencias de la UNIGE. Dos dimensioneslos materiales son cristales perfectos que, como el grafeno, tienen uno o unos pocos átomos de espesor. Gracias a los recientes avances técnicos, se pueden apilar diferentes materiales bidimensionales uno encima del otro para formar estructuras artificiales que se comportan como semiconductores. La ventaja deestos "semiconductores artificiales" es que los niveles de energía se pueden controlar seleccionando la composición química y el grosor de los materiales que componen la estructura.
"Los semiconductores artificiales de este tipo se fabricaron por primera vez hace solo dos o tres años", explica Nicolas Ubrig, investigador del equipo dirigido por el profesor Morpurgo. "Cuando los materiales bidimensionales tienen exactamente la misma estructuray sus cristales están perfectamente alineados, este tipo de semiconductor artificial puede emitir luz. Pero es muy raro ". Estas condiciones son tan estrictas que dejan poca libertad para controlar la luz emitida".
luz personalizada
"Nuestro objetivo era lograr combinar diferentes materiales bidimensionales para emitir luz y al mismo tiempo estar libres de todas las restricciones", continúa el profesor Morpurgo. Los físicos pensaron que, si podían encontrar una clase de materiales donde la velocidad de los electrones antesy después de que el cambio en el nivel de energía fuera cero, sería un escenario ideal que siempre cumpliría con las condiciones para la emisión de luz, independientemente de los detalles de las redes cristalinas y su orientación relativa.
Un gran número de semiconductores bidimensionales conocidos tienen una velocidad de electrones cero en los niveles de energía relevantes. Gracias a esta diversidad de compuestos, se pueden combinar muchos materiales diferentes, y cada combinación es un nuevo semiconductor artificial que emiteluz de un color específico. "Una vez que tuvimos la idea, fue fácil encontrar los materiales para implementarlos", agrega el profesor Vladimir Fal'ko de la Universidad de Manchester. Los materiales que se usaron en la investigación incluyeron varios metales de transicióndichoslcogenuros como MoS2, MoSe2 y WS2 e InSe. Se han identificado otros materiales posibles y serán útiles para ampliar la gama de colores de la luz emitida por estos nuevos semiconductores artificiales.
Luz a medida para la industrialización en masa
"La gran ventaja de estos materiales 2D, gracias al hecho de que no hay más condiciones previas para la emisión de luz, es que proporcionan nuevas estrategias para manipular la luz como mejor nos parezca, con la energía y el color que queremostener ", continúa Ubrig. Esto significa que es posible idear futuras aplicaciones a nivel industrial, ya que la luz emitida es robusta y ya no hay necesidad de preocuparse por la alineación de los átomos.
La colaboración entre UNIGE y la Universidad de Manchester tuvo lugar en el marco del Proyecto emblemático de grafeno de la UE.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Ginebra . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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