Cientistas de universidades de Singapura, China e Hong Kong obtiveram um resultado considerado improvável: induzir a emissão de luz em nanocristais de lantanídeos — materiais eletricamente isolantes — mediante a aplicação de uma corrente elétrica. O avanço, descrito por Jing Tan e colegas, abre a possibilidade de criar fontes luminosas estáveis, ajustáveis em cor e com elevada eficiência de conversão eletricidade/luz.
Quinze anos até a primeira emissão luminosa consistente
Os lantanídeos em escala nanométrica são conhecidos pela estabilidade química e por apresentarem níveis de energia que favorecem processos ópticos. Contudo, a incapacidade de conduzir corrente sempre impediu a exploração da eletroluminescência nesses cristais. A equipe iniciou o projeto em 2011, quando o professor Liu Xiaogang, da Universidade Nacional de Singapura, observou um brilho tênue após forçar corrente em um nanocristal isolante. A experiência sugeria a presença de “luz aprisionada na pedra”, nas palavras do investigador, mas a intensidade obtida era insuficiente para qualquer aplicação prática.
A partir daí, o grupo combinou técnicas de síntese de nanomateriais, desenho molecular e engenharia de dispositivos. O trabalho acumulou quase quinze anos de ensaios, nos quais cada tentativa revelou detalhes sobre o bloqueio de cargas na interface entre moléculas orgânicas e os íons do cristal. A persistência permitiu mapear caminhos de transferência energética que pudessem contornar o caráter isolante do material.
Ligantes orgânicos como pontes para a transferência de carga
O ponto decisivo foi envolver os nanocristais em ligantes semicondutores projetados para capturar elétrons e lacunas submetidos a um campo elétrico. Esses ligantes funcionam como intermediários moleculares: recebem a carga, convertem a energia em um estado excitado e a transferem para os íons de lantanídeos no interior do cristal. Uma vez excitados, esses íons relaxam emitindo fótons, gerando a luz visível ou infravermelha.
Medições espectroscópicas mostraram conversão de spin ultrarrápida e transferência de energia tripleto de cerca de 99%, índice que demonstra controle quase completo da dinâmica eletrônica. O método também dispensou mudanças estruturais no centro emissor: para alterar a cor basta trocar o dopante lantanídeo, sem redesenhar o dispositivo.
Imagem: Tecnologia & Inovação
Eficiência 76 vezes maior que tentativas anteriores
Protótipos construídos com os novos ligantes apresentaram brilho estável em todo o espectro visível e se estenderam ao infravermelho próximo. Segundo os autores, a eficiência óptica obtida é 76 vezes superior à de experimentos anteriores realizados com a mesma classe de materiais. Essa combinação de estabilidade química, variação de cor e rendimento energético coloca os nanocristais de terras raras entre os candidatos mais versáteis para futuras telas, sensores e fontes de iluminação.
Embora o desenvolvimento tenha exigido longa investigação, a equipa estima que a transição do laboratório para aplicações comerciais será bem mais rápida. O processo de fabricação utiliza etapas de química de solução já empregadas em outras tecnologias de iluminação, o que pode acelerar a integração em dispositivos eletrônicos.
O estudo demonstra, pela primeira vez, que materiais intrinsecamente isolantes podem ser convertidos em emissores eletroluminescentes mediante engenharia molecular adequada. Além de representar um marco científico, o resultado oferece uma rota alternativa aos LEDs orgânicos e pontos quânticos, ampliando o leque de opções para sistemas de geração de luz de alto desempenho.
