Tcnica brasileira aprimora produo dos revolucionrios pontos qunticos

Eletrnica

Redação do Site Inovação Tecnológica – 20/06/2024

Fabricao dos pontos qunticos

Pesquisadores brasileiros aprimoraram a tcnica de fabricao dos pontos qunticos.

Essas nanopartculas semicondutoras emissoras de luz, que ganharam o Prmio Nobel de Qumica do ano passado, hoje formam os pxeis das telas mais modernas, mas esto sendo pesquisadas para muitas outras aplicaes, incluindo clulas solares revolucionrias, LEDs feitos com cascas de arroz e at como qubits para computadores qunticos.

A nova tcnica permite monitorar em tempo real o que est acontecendo na soluo onde os pontos qunticos so produzidos, isto , acompanhar o crescimento cristalino por meio da cor (frequncia) que os pontos qunticos emitem.

Isso crucial porque as caractersticas de emisso de luz dos pontos qunticos (PQs) esto diretamente ligadas ao seu tamanho, devido ao fenmeno do confinamento quntico. Os eltrons ficam presos, ou confinados, no interior do ponto quntico como se estivessem em uma caixa cujas paredes so as barreiras de potencial criadas pelo material semicondutor. Assim, do mesmo modo que ocorre em um tomo, os eltrons s podem ocupar nveis discretos de energia. E esses nveis discretos so determinados pelo tamanho do ponto quntico – quanto menor o ponto, mais prximos os nveis de energia se tornam, determinando sua emisso de luz.

“A sntese realizada a partir de uma mistura de solues precursoras de ons de cdmio (Cd2+) e telrio (Te2-), na presena de um reagente para controle de tamanho. Com o aumento da temperatura, a reao qumica iniciada, mediante a aproximao e agrupamento de ons de telureto e de cdmio. medida que a reao prossegue, unidades adicionais de CdTe vo se agrupando esfericamente em um processo chamado de automontagem.

“Graas ao monitoramento rpido e preciso das frequncias de emisso, pode-se estimar o tamanho das nanopartculas. PQs de telureto de cdmio com dimetro em torno de 1 a 2 nanmetros (nm) emitem na regio do azul e verde do espectro visvel, enquanto PQs maiores, na faixa de 4 a 5 nm, emitem em frequncias mais baixas, como amarelo e vermelho, respectivamente,” explicou o pesquisador Leonnam Merizio, do Instiuto de Fsica da USP em So Carlos (SP).

Dispositivo de monitoramento de luminescncia in situ criado pela equipe, acoplado a um espectrmetro de fluorescncia.
[Imagem: P. F. G. M. da Costa et al. – 10.1038/s41598-024-57810-8]

Monitoramento no local em tempo real

A nova tcnica, que a equipe chama de in situ (no local) tem vantagens significativas em relao estratgia convencional de sntese dos PQs.

“Na tcnica convencional, preciso retirar pequenas alquotas de amostra da soluo, para medir o tamanho dos pontos qunticos. Na tcnica in situ, as medidas so feitas enquanto o processo ocorre, sem a necessidade de interferir no meio reacional retirando amostras. Isso possibilita obter maior nmero de espectros por unidade de tempo, alm de no alterar o volume reacional e evitar descartes desnecessrios. Desse modo, a tcnica permite controlar, de forma bem mais precisa, a cor de emisso dos PQs de interesse,” explicou Leonnam.

“Embora existam muitas publicaes relatando a sntese de PQs de CdTe, a maior contribuio do nosso trabalho est no desenvolvimento e aplicao do sistema de medidas de luminescncia in situ, extremamente verstil. Alm de permitir a inferncia dos tamanhos das nanopartculas cristalinas, como neste caso-modelo, a metodologia tambm possibilita caracterizar a formao de compostos intermedirios em reaes qumicas, por associao in situ de outras tcnicas que permitam anlise qumica e/ou estrutural,” complementou a professora Andrea de Camargo.

Histria dos pontos qunticos

Estrutura cristalina dos pontos qunticos de CdTe, apresentando uma fase cristalina cbica, onde o cdmio est representado em azul e o telrio em vermelho. direita, micrografias dos pontos em nveis crescentes de aproximao.
[Imagem: P. F. G. M. da Costa et al. – 10.1038/s41598-024-57810-8]

A existncia dos pontos qunticos foi prevista teoricamente em 1937 pelo fsico alemo Herbert Frhlich (1905-1991).

Na dcada de 1980, Alexey Ekimov, nascido em 1945 na ento Unio Sovitica, e Louis Brus, nascido em 1943 nos Estados Unidos, observaram o fenmeno de confinamento quntico em nanopartculas semicondutoras pela primeira vez.

Na dcada de 1990, o tunisiano Moungi Bawendi (1961-) tambm contribuiu com estudos de aperfeioamento da sntese das nanopartculas por diferentes tcnicas.

Em 2023, os trs, Ekimov, Brus e Bawendi, foram premiados com o Nobel de Qumica por suas contribuies no desenvolvimento dos pontos qunticos .

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