Uma equipa das universidades de Princeton e Estado da Carolina do Norte desenvolveu um método que aprimora a conversão ascendente de fótons em materiais sólidos, processo capaz de transformar luz de baixa energia em luz de alta energia. O avanço, centrado no uso de plasmônica em filmes finos de prata, diminui em até 19 vezes a potência luminosa exigida para obter o fenómeno, abrindo caminho para diodos emissores de luz orgânicos (OLEDs) azuis mais eficientes e, por consequência, para fontes de luz branca de menor consumo.
Como funciona a conversão ascendente
A conversão ascendente ocorre quando um material absorve dois ou mais fótons de comprimento de onda longo — como o infravermelho — e emite um único fóton de comprimento de onda mais curto, situado no espectro visível ou ultravioleta. Esse processo, classificado como anti-Stokes, depende de estados excitados gerados dentro das moléculas do composto.
Em meio líquido, as moléculas mantêm mobilidade constante, favorecendo colisões que libertam a energia armazenada e originam luz amplificada. Em materiais sólidos, entretanto, essa mobilidade é limitada, exigindo luz de entrada muito intensa para que uma quantidade suficiente de fótons excitados interaja. A elevada exigência energética restringe a adoção da técnica em dispositivos comerciais.
Plasmônica como solução para sólidos
Para contornar esse obstáculo, o grupo liderado por Jesse Wisch recorreu à plasmônica — interação de elétrons livres na superfície metálica com ondas eletromagnéticas incidentes. Ao iluminar um filme fino de prata, os elétrons superficiais oscilam em sintonia com a luz, formando plásmons de superfície que concentram e intensificam o campo eletromagnético local.
Nos experimentos, o campo plasmônico aumentou em 10 vezes a quantidade de luz absorvida pelas moléculas responsáveis pela conversão ascendente. Como resultado, a potência inicial necessária para disparar o fenómeno caiu para apenas um décimo nono do valor habitual observado em sistemas equivalentes sem camada plasmônica.
Aplicação prática: OLED azul de baixa potência
Para demonstrar viabilidade comercial imediata, os investigadores construíram um OLED que incorpora o filme de prata plasmônico. A geração de emissões na cor azul é tradicionalmente desafiante em OLEDs, pois requer energia elevada que degrada os materiais orgânicos. Com a nova abordagem, foi possível produzir luz azul mantendo níveis de energia substancialmente inferiores aos praticados, sem recorrer a materiais especiais.
A luz azul emitida foi combinada com emissores verde e vermelho convencionais, resultando em luz branca. Dessa forma, a equipa comprovou que a tecnologia substitui fontes azuis de alta potência por uma solução mais económica em termos energéticos, factor decisivo tanto para iluminação quanto para ecrãs de smartphones, televisores e monitores.
Próximos passos e impacto potencial
Os investigadores pretendem agora otimizar a espessura dos filmes metálicos e refinar a arquitetura dos OLEDs, buscando elevar ainda mais a eficiência global. A expectativa é que versões futuras permitam fabricar painéis emissores de luz branca que consumam menos eletricidade, prolonguem a vida útil dos dispositivos e reduzam custos de produção.
Imagem: Tecnologia Inovação Notícias
Além de ecrãs e iluminação residencial, o método pode estender-se a sensores ópticos, células solares de alta eficiência e aplicações biomédicas que dependem de fontes de luz precisas em comprimentos de onda específicos. Ao reduzir drasticamente a potência luminosa necessária para conversão ascendente em sólidos, a técnica abre um espectro amplo de possibilidades em dispositivos portáteis, wearables e sistemas alimentados por bateria.
Entenda os ganhos de eficiência
O ganho principal advém da capacidade de concentrar luz incidente em escala nanométrica. Ao incorporar filmes de prata com propriedades plasmônicas, os fotões de entrada estão mais propensos a excitar estados moleculares vizinhos, multiplicando a probabilidade de colisões que levam à emissão de luz de maior energia. Esse mecanismo reduz perdas, aumenta a luminosidade resultante e elimina a necessidade de fontes de luz externas intensas, que consomem mais eletricidade e geram calor adicional.
Embora a conversão ascendente já fosse conhecida, sua implementação prática em produtos de consumo permanecia limitada pelo custo energético. Com a redução de 19 vezes na potência inicial, o processo torna-se compatível com LEDs orgânicos utilizados em massa pela indústria eletrónica.
Cenário de mercado e perspectivas
A procura por ecrãs mais brilhantes, com melhor fidelidade cromática e menor consumo, impulsiona pesquisa em novas arquiteturas de OLED. A abordagem de Wisch e colegas posiciona-se como candidata a integrar linhas de produção, especialmente na fabricação de painéis para dispositivos móveis, onde a eficiência da luz azul é crítica.
Caso alcance escala industrial, a tecnologia pode reduzir gastos de energia em residências e empresas, contribuir para metas de sustentabilidade e aumentar a autonomia de aparelhos portáteis. As equipas de Princeton e Carolina do Norte continuarão a testar diferentes metais, espessuras e geometrias, procurando maximizar o efeito plasmônico e, simultaneamente, garantir estabilidade química a longo prazo.
Se confirmados os resultados laboratoriais em ambientes de produção, o setor de iluminação e entretenimento visual terá à disposição uma alternativa que combina eficiência, menor impacto ambiental e compatibilidade com processos já utilizados pela indústria.
