Een internationale groep onderzoekers heeft een nieuwe techniek ontwikkeld die kan worden gebruikt om efficiëntere, goedkope lichtemitterende materialen te maken die flexibel zijn en kunnen worden bedrukt met inkjettechnieken.

De onderzoekers, geleid door de Universiteit van Cambridge en de Technische Universiteit van München, ontdekte dat door één op de duizend atomen van het ene materiaal te ruilen voor een ander, ze waren in staat om de luminescentie van een nieuwe materiële klasse van lichtstralers te verdrievoudigen, bekend als halide-perovskieten.

Deze 'atoomwissel', of doping, zorgt ervoor dat de ladingsdragers vast komen te zitten in een specifiek deel van de kristalstructuur van het materiaal, waar ze recombineren en licht uitstralen. De resultaten, gerapporteerd in de Tijdschrift van de American Chemical Society , kan nuttig zijn voor goedkope afdrukbare en flexibele led-verlichting, displays voor smartphones of goedkope lasers.

Veel alledaagse toepassingen gebruiken nu light-emitting devices (LED's), zoals huishoudelijke en commerciële verlichting, Tv schermen, smartphones en laptops. Het belangrijkste voordeel van LED's is dat ze veel minder energie verbruiken dan oudere technologieën.

uiteindelijk, ook al onze wereldwijde communicatie via internet wordt aangedreven door optische signalen van zeer heldere lichtbronnen die binnen optische vezels informatie met de snelheid van het licht over de hele wereld vervoeren.

Het team bestudeerde een nieuwe klasse halfgeleiders, halide-perovskieten genaamd, in de vorm van nanokristallen die slechts ongeveer een tienduizendste van de dikte van een mensenhaar meten. Deze 'quantum dots' zijn zeer lichtgevende materialen:onlangs kwamen de eerste hoogglans QLED-tv's met quantum dots op de markt.

De Cambridge-onderzoekers, werken met de groep van Daniel Congreve op Harvard, die experts zijn in het maken van kwantumstippen, hebben nu de lichtemissie van deze nanokristallen sterk verbeterd. Ze vervingen een op de duizend atomen door een ander - waarbij ze lood verwisselden voor mangaanionen - en ontdekten dat de luminescentie van de kwantumstippen verdrievoudigd was.

Een gedetailleerd onderzoek met behulp van laserspectroscopie onthulde de oorsprong van deze waarneming. "We ontdekten dat de ladingen zich verzamelen in de regio's van de kristallen die we hebben gedoteerd, " zei Sascha Feldmann van het Cavendish Laboratory in Cambridge, de eerste auteur van de studie. "Eenmaal gelokaliseerd, die energetische ladingen kunnen elkaar ontmoeten en recombineren om op een zeer efficiënte manier licht uit te stralen."

"We hopen op deze fascinerende ontdekking:dat zelfs de kleinste veranderingen in de chemische samenstelling de materiaaleigenschappen sterk kunnen verbeteren, zal in de nabije toekomst de weg vrijmaken voor goedkope en ultraheldere LED-displays en lasers, " zei senior auteur Felix Deschler, die gezamenlijk verbonden is aan het Cavendish en het Walter Schottky Instituut van de Technische Universiteit van München.

In de toekomst hopen de onderzoekers nog efficiëntere doteringsmiddelen te identificeren die zullen helpen deze geavanceerde lichttechnologieën toegankelijk te maken voor alle delen van de wereld.