Desde a CES (Consumer Eletronics Show) de 2015, pontos quânticos estão lutando para desbancar os LEDs como fonte de luz de fundo para LCDs.

Agora um avanço de um time de pesquisadores da Universidade de Illinois campus Urbana-Champaign em cooperação com O Instituto de Pesquisas em Eletrônica e Telecomunicações da Coréia do Sul e a Dow Chemical podem sacudir o mercado eliminando a necessidade de luz de fundo em dispositivos LCD. Eles produziram um pixel de LED feito de nanotubos capas de emitir e detectar luz.

No vídeo abaixo, você pode ver uma descrição mais profunda de como nanotubos se comportam para detectar e emitir luz, assim como algumas futuras aplicações, como dispositivos móveis que podem “enxergar” sem a necessidade de lentes de câmera ou comunicarem entre si utilizando tecnologia Li-Fi (Light Fidelity)

“É bem diferente do uso de pontos quânticos como luz de fundo”, explica Moonsub Shim, professor da Universidade de Illinois e coautor do artigo, em entrevista ao IEEE Spectrum.

“Em telas com luz de fundo, você tem luz branca que é difusa em um plano e filtros de cor criam os pixels vermelho, verde e azul. Mas aqui, os pixels seriam individualmente esses nanotubos que iriam emitir uma cor específica, então não precisaríamos de luz de fundo.”

Na pesquisa descrevida no portal Science, o time internacional de pesquisadores misturaram três tipos de semicondutores para produzir nanotubo.  Shim explica, “o primeiro semicondutor, que é acoplado às extremidades do nanotubo, é o ponto quântico que que emite e absorve luz visível”. Os outros dois semicondutores formam o corpo principal do tubo e uma casaca em torno do ponto. Esses componentes facilitam e controlam o fluxo de elétrons(cargas negativas) e espaços – cargas positivas, são espaços em que um elétron poderia existir mas não se encontra no momento; É comparável a uma bolha de ar em uma carrafa de água. para e do ponto quântico.

Por exemplo, na emissão, que é eletricamente induzida como em LEDs normais, o corpo do tubo entrega elétrons de forma eficiente para o ponto quântico e bloqueia as fendas de se moverem na direção errada. No modo de detecção de luz, após um fóton criar uma par elétron-fenda, o corpo do tubo extrai elétrons e novamente previne as fendas de irem na direção incorreta. Ao mesmo tempo a casca extrai fendas e bloqueia elétrons.

“Se você quiser utilizar um LED seja fotodetector ou fotovoltaico, você tem que injetar espaços de elétrons, cargas positivas e negativas no ponto quântico para emissão de luz ou extrair essas cargas”, explica Shim. “Uma vez que o fóton colide com o ponto, ele produz um par elétron-espaço. Então o que esses dois componentes adicionais – o corpo principal do tubo e a casca em torno do ponto –  fazem é facilitar o processo de movimentar as cargas para o local correto.”

Shim e seu coautor Nuri Oh, quem é agora um pós-doutorando na Universidade da Pensilvânia, acredita que esses nanotubos abrem novas capacidades para as telas.

“Nossos dispositivos de prova de conceito mostram como LEDs podem ter diferentes funções desde detecção de luz até transmissão de dados, incluindo comunicação por luz visível, como Li-Fi e telas energeticamente autossustentáveis”, disse Oh em entrevista por e-mail para a IEEE Spectrum.

Um dos principais benefícios dos pixels de LED baseados em nanotubos é que o tempo de resposta da emissão da luz e detecção são bem rápidos, de acordo com Shim. “O tempo de resposta da luz é em torno de três ordens de magnitude mais rápida do que a taxa de atualização de um vídeo”, ele diz. “Esses LEDs podem ligar e desligar tão rápido que seus olhos não podem perceber. Então para seus olhos eles estarão constantemente ligados.”

O primeiro desafio que os pesquisadores tiverem fazendo esses nanotubos foi o aperfeiçoamento do processo de fabricação, que foi detalhado em pesquisa conduzida pelo mesmo time em 2014 e descrita na Nature Communications.

Shim diz ser possível usar uma lâmpada LED como um dispositivo de emissão ou detecção de luz. Cada vez mais, para finos filmes semicondutores inorgânicos isso é algo relativamente fácil de ser feito e, de fato, algo similar ao que os pesquisadores fizerem com nanotubos individuais, logo se pode escalonar essa solução para grandes matrizes de LEDs.

“Uma lâmpada LED é bem grande, até mesmo um chip LED é da ordem de milímetros, então para fazer um LED muito eficiente que detecta bem fótons desses finos materiais filmes inorgânicos você precisa de um substrato – ‘wafer’, que é uma fina fatia de material semicondutor utilizado para fabricar circuitos integrados – que normalmente são bem pequenos”. “Podemos pensar em telas flexíveis, maiores áreas de tela enquanto os LEDs continuam eficientes para emissão e detecção”.

Desafios continuam à vista. Até agora, eles só demonstraram essa tecnologia em LEDs de cor vermelha. Para telas, eles precisam do azul e verde ainda.

“Nós estamos trabalhando em um padrão de três matrizes de cores desses nanotubos em um únic substrato”, adiciona Shim.

Fonte: IEEE Spectrum