Diodos emissores de luz (LEDs) são dispositivos eletroluminescentes amplamente usados que emitem luz em resposta a uma voltagem elétrica aplicada. Esses dispositivos são componentes centrais de várias tecnologias eletrônicas e optoeletrônicas, incluindo displays, sensores e sistemas de comunicação.

Nas últimas décadas, alguns engenheiros têm desenvolvido LEDs alternativos conhecidos como LEDs quânticos (QLEDs), que utilizam pontos quânticos (ou seja, partículas semicondutoras de tamanho nm) como componentes emissores de luz em vez de semicondutores convencionais. Comparados aos LEDs tradicionais, esses dispositivos baseados em pontos quânticos podem atingir melhores eficiências energéticas e estabilidades operacionais.

Apesar do seu potencial, descobriu-se que a maioria dos QLEDs desenvolvidos até agora têm velocidades de resposta significativamente mais lentas do que os LEDs típicos que usam semicondutores III-V inorgânicos. Em outras palavras, sabe-se que eles levam mais tempo para emitir luz em resposta a uma voltagem elétrica aplicada.

Pesquisadores da Universidade de Zhejiang, Universidade de Cambridge e outros institutos mostraram recentemente que os QLEDs exibem um efeito de excitação-memória, o que pode ajudar a melhorar suas velocidades de resposta. Sua abordagem proposta, delineada em um estudo publicado na Nature Electronics , essencialmente envolve alavancar a capacidade dos dispositivos de emitir luz em resposta a pulsos elétricos, alavancando sua "memória" de entradas elétricas anteriores.

"O progresso recente no desenvolvimento de LEDs orgânicos para comunicações de luz visível foi a principal inspiração para nosso estudo, pois mostrou que os LEDs podem servir a propósitos que vão além da tecnologia de exibição", disseram o Dr. Yunzhou Deng, da Universidade de Cambridge, e o Prof. Yizheng Jin, da Universidade de Zhejiang, dois autores do artigo,.

"LEDs de pontos quânticos (QLEDs) são uma classe emergente de LEDs conhecidos por sua alta eficiência , brilho e estabilidade, o que os torna candidatos promissores como fontes de luz para comunicação óptica."

O objetivo inicial deste estudo do Dr. Deng, Prof. Jin e seus colegas era entender melhor como os QLEDs respondem a excitações elétricas pulsadas. No entanto, seus experimentos levaram a descobertas inesperadas, nas quais eles se basearam para projetar novos QLEDs de alta velocidade com base em microestruturas especializadas.

"Para conduzir nosso estudo, empregamos medições de eletroluminescência transiente, que visam rastrear a rapidez com que o LED é ligado ou desligado após uma entrada de pulso de voltagem", explicou o Dr. Deng. "Usando um osciloscópio, monitoramos como a intensidade da emissão evoluiu ao longo do tempo em resposta a pulsos elétricos de microssegundos. Ao testar QLEDs sob diferentes condições de excitação pulsada, descobrimos insights importantes sobre seu comportamento de resposta."

Os testes realizados pelos pesquisadores mostraram que as respostas eletroluminescentes dos QLEDs são influenciadas por resquícios de pulsos elétricos que foram aplicados a eles no passado. Esse efeito de excitação-memória observado foi encontrado ligado a estados de energia conhecidos como armadilhas de buracos de nível profundo, que habitam os semicondutores de polímero amorfo no dispositivo.

"Nossa descoberta mais significativa é que os QLEDs exibem um efeito de memória de excitação, o que significa que eles 'lembram' excitações pulsadas anteriores mesmo milissegundos após serem desligados", disseram o Dr. Deng e o Prof. Jin. "Como resultado, quando acionados em frequências de pulso mais altas, os dispositivos respondem mais rápido. Esse efeito permite que os QLEDs operem em altas frequências de modulação excedendo 100 MHz, tornando-os fortes candidatos para aplicações de comunicação óptica de alta velocidade."

Para demonstrar a promessa de sua abordagem, os autores projetaram um micro-QLED de baixa capacitância com uma largura de banda de -3 dB de até 19 MHz, que alavanca o efeito excitação-memória que eles observaram. Descobriu-se que este QLED exibia uma frequência de modulação eletroluminescente de 100 MHz e taxas de transmissão de dados de até 120 Mbps, mantendo uma boa eficiência energética.

Os resultados deste estudo recente podem em breve contribuir para o avanço adicional da tecnologia QLED, potencialmente abrindo caminho para sua implantação em uma ampla gama de aplicações. Enquanto isso, os pesquisadores planejam continuar investigando o efeito que observaram, enquanto também trabalham para acelerar ainda mais as respostas dos QLEDs.

"Para acelerar ainda mais a velocidade de resposta do dispositivo, precisaremos desenvolver novos materiais de ponto quântico com taxas de recombinação mais rápidas", acrescentaram o Dr. Deng e o Prof. Jin. "Isso envolverá explorar novas composições e nanoestruturas core-shell. Além disso, aprimorar o efeito de memória de excitação modificando os componentes orgânicos no dispositivo pode levar a comportamentos transitórios ainda mais interessantes."