INSTITUTO
DE OPTICA
 

Hacia la emisión de luz blanca utilizando nanoestructuras híbridas plasmónico-luminiscentes

12 Nov, 2021 | LPG

Luz blanca

Actualmente la emisión de luz LED blanca se consegue normalmente combinando adecuadamente varios LEDs que emiten luz de distintos colores. Sin embargo, esta técnica supone unos costes de producción más elevados al necesitar varios LEDs para cada punto de luz y distintos componentes cada una de las partes.
Ahora, un equipo formado por el Grupo de Procesado por Láser del Instituto de Óptica IO-CSIC en colaboración con distintos centros de investigación nacionales e internacionales ha publicado en la prestigiosa revista Nanophotonics una nueva nanoestructura basada en europio y plata, que permite emitir luz cercana al blanco puro utilizando un único LED.

Además, los resultados muestran la posibilidad de controlar la relación entre sus componentes Eu2+(luz azul-verde) / Eu3+(luz roja) para lograr una emisión de color sintonizable que podría ser útil para el desarrollo de dispositivos de visualización.

Fabricación de la nanoestructura

El Grupo de Procesado por Láser del IO-CSIC ha utilizado la técnica del Depósito por Láser Pulsado (PLD) para la síntesis en un único paso de nanoestructuras híbridas plasmónico-luminiscentes que consisten en una matriz de óxidos de europio nanocristalinos con una capa inferior de nanopartículas de plata, tal como se muestra en la Figura.

Los experimentos de fotoluminiscencia realizados muestran que estas nanoestructuras presentan una emisión de luz casi blanca debido a la emisión simultánea de los iones Eu2+ y Eu3+, que emiten luz azul-verde y roja respectivamente.

Para proteger la estructura se deposita una capa protectora de Al2O3 amorfo encima, y con ella la emisión global se acerca más a las coordenadas cromáticas CIE 1931 de emisión de blanco puro.

Técnica de depósito por láser pulsado (PLD)

Los materiales en lámina delgada suponen, desde hace ya algunas décadas, un avance fundamental en tecnología de materiales. Estas láminas ofrecen la posibilidad de comprender y aprovechar ciertos fenómenos físicos propios de sistemas de espesores reducidos confinados espacialmente.

La técnica de depósito por láser pulsado permite reproducir casi cualquier tipo de material (óxidos, metales, polímeros), así como fabricar materiales estructurados artificialmente, como son los metamateriales, por ejemplo. El proceso de depósito por láser pulsado es un proceso relativamente simple en contraste con la complejidad de los fenómenos físicos involucrados. Consiste en disparar un haz láser pulsado sobre la superficie de un material (blanco) para conseguir así su evaporación. El material removido es eyectado en dirección perpendicular a la superficie del blanco, formando un plasma o “pluma” de ablación. De esta manera, el material arrancado del blanco es deposita pulso a pulso en un sustrato ubicado justo enfrente, consiguiendo así controlar el crecimiento de la lámina sobre él a escala nanométrica.

Por este motivo, la técnica del PLD es muy adecuada para la síntesis de materiales para aplicaciones LED, ya que permite, no solo un recubrimiento de superficie de buena calidad, sino también la síntesis de materiales nanoestructurados a medida, que contienen nanopartículas metálicas.

Conclusiones

Las nanoestructuras emisoras de luz basadas en un único material capaz de transformar la energía de excitación en luz blanca son una alternativa prometedora a las tecnologías LED actuales. En particular, las nanoestructuras que combinan iones Eu2+ y Eu3+ en la misma matriz son atractivas para estas aplicaciones, ya que la emisión de luz blanca podría lograrse utilizando un único material basado en Eu. Sin embargo, los iones de Eu presentan un rendimiento de fotoluminiscencia deficiente que debe mejorarse para aplicaciones prácticas. La adición de otros dopantes, como son las nanopartículas de Ag, permiten mejorar la excitación del Eu por diferentes mecanismos que dependen tanto del método de preparación como de las características de la matriz.

Los autores de este artículo son Pilar Gomez-Rodriguez, Esther Soria, Yu Jin, Andrés Caño, Irene Llorente, Alexander Cuadrado, Antonio Mariscal-Jiménez, Amanda K. Petford-Long, Rosalía Serna y José Gonzalo. José Gonzalo es el autor correspondiente de este trabajo. El trabajo fue realizado por Laser Processing Group, Instituto de Optica, IO-CSIC, Madrid 28006, España en colaboración con el Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales, Northwestern University, Evanston 60208-0001, IL, USA; la División de Ciencia de Materiales, Laboratorio Nacional Argonne, Lemont, IL 60439, EE. UU.; el Centro Nacional de Investigaciones Metalúrgicas, CENIM-CSIC, Madrid 28040, España; y la Escuela Superior de Ciencias Experimentales y Tecnología, Universidad Rey Juan Carlos, Madrid 28933, España.

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