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Artículo publicado por Belle Dumé el 30 de noviembre de 2015 en physicsworld.com

Investigadores del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) han desvelado una fina película de un material que convierte la luz infrarroja en luz visible. Fabricado a partir de semiconductores no convencionales, el material funciona para luz infrarroja de intensidades moderadas, y podría usarse para mejorar distintas tecnologías, incluyendo células solares, cámaras y gafas de visión nocturna.

Luz infrarroja convertida en luz roja

Luz infrarroja convertida a luz roja Crédito: Mark Wilson

El equipo, dirigido por Vladimir Bulović, Moungi Bawendi y Marc Baldo del Energy Frontier Research Center for Excitonics en el MIT, crearon sus películas sobre portaobjetos de microscopio. Las películas tienen una estructura simple en dos capas. La capa inferior consta de puntos cuánticos coloidales. Estos son trozos nanométricos de sulfuro de plomo semiconductor cubiertos con una capa molecular de ácidos grasos. La capa superior es una película cristalina creada a partir de una molécula orgánica conocida como rubreno.

Excitones en colisión

El proceso de conversión comienza cuando un punto cuántico absorbe un fotón infrarrojo. Esta energía se transfiere a la capa vecina de rubreno en forma de un par electrón-hueco. Conocidos como excitones, estos pares se difunden a través del rubreno, donde pueden colisionar entre sí.

“Cuando colisionan dos excitones de baja energía, pueden crear un excitón de alta energía, al cual llamamos ‘singlet‘ por la física del espín en estos materiales”, explica el miembro del equipo Mark Wilson. “El singlet de alta energía puede emitir luz visible, por lo que, resumiendo, podemos cambiar el color de la luz del infrarrojo al visible”, añade. La energía se conserva durante el proceso, y se requiere la absorción de los dos fotones infrarrojos de menor energía para generar cada fotón de alta energía de luz visible.

La conversión de la luz infrarroja, de aproximadamente 1 μm, hacia longitudes de onda mayores, ha demostrado en el pasado ser una tarea compleja, debido a que los materiales usados para absorber la luz infrarroja tendían a calentarse en lugar de producir excitones útiles. “Usamos nanocristales coloidales como materiales sensibles al infrarrojo para superar este problema”, comenta Wilson. “No sólo demostramos que este enfoque funciona, sino que nuestros dispositivos son ya bastante eficientes convirtiendo la luz. La tecnología aún no está optimizada, y estamos trabajando para comprender cómo funciona y, de este modo, mejorar el rendimiento del dispositivo”.

Una ventaja importante del proceso excitónico sobre otros esquemas de conversión es que puede operar de forma eficiente con intensidades de luz relativamente modestas. Esto hace que sea relevante para muchas aplicaciones, incluyendo la imagen biológica, visión nocturna, pantallas multidimensionales y la energía solar fotovoltaica.

El equipo, que presenta su trabajo en la revista Nature Photonics, dice que además de intentar mejorar la eficacia de la conversión de la luz, también buscará disminuir el umbral de la intensidad de la luz para un funcionamiento eficiente. Los investigadores también tratan de mejorar las películas, de forma que sean capaces de convertir la luz infrarroja con longitudes de onda mayores, de alrededor de 1,5 μm.

“Si tenemos éxito haciendo esto, nuestros materiales podrían usarse para mejorar el rendimiento de la tecnología estándar industrial de cámaras de silicio”, explica Wilson. Apunta que la luz infrarroja de onda corta penetra con mayor profundidad en la niebla, por lo que una cámara con este tipo de película sería ideal para su uso en vehículos autónomos que funcionen en condiciones meteorológicas adversas.

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