Melhor que espelho: Nanotubos de carbono emitem mais luz do que recebem

Nanotecnologia

Redação do Site Inovação Tecnológica - 07/03/2025

Reflete mais do que recebe

Os nanotubos de carbono reemitem luz que ? mais energ?tica do que a luz que voc? dispara sobre eles.

Esta descoberta pode ter amplas aplica??es, da captura de imagens e outras tecnologias fot?nicas ? captura de energia solar fotovoltaica.

O processo envolvido chama-se fotoluminesc?ncia, e seu modo convencional ? conhecido em algumas tintas especiais, que brilham quando iluminadas: Quando voc? dispara sobre elas uma luz de alta energia (luz ultravioleta), elas retribuem emitindo luz de menor energia (luz vis?vel).

Mas, surpreendentemente, os nanotubos apresentam o efeito oposto: Eles recebem uma luz e reemitem luz de energia mais alta. Esse fen?meno curioso ? chamado de fotoluminesc?ncia de convers?o ascendente.

Este comportamento dos nanotubos poder? aumentar a efici?ncia das c?lulas solares, por exemplo, convertendo luz de baixa energia em comprimentos de onda de energia mais alta, adequados para gerar eletricidade.

Daichi Kozawa e seus colegas do Instituto Riken, no Jap?o, tamb?m planejam estudar a possibilidade de resfriar um nanotubo usando luz laser: Como ele reemitir? luz de energia mais alta, ele ir? resfriar, e essa remo??o de energia t?rmica tem potencial de aplica??o tanto na refrigera??o de nano e micro-dispositivos, quanto na colheita de energia.

Fotoluminesc?ncia com convers?o ascendente

Na fotoluminesc?ncia regular, a luz atinge um material e chuta um el?tron para um n?vel de energia mais alto, deixando para tr?s uma lacuna, uma carga positiva. Inicialmente, o par el?tron-lacuna se mant?m unido em um estado conhecido como ?xciton. Mas, eventualmente, o el?tron e a lacuna se recombinam, liberando um f?ton, ou seja, emitindo luz.

Na fotoluminesc?ncia normal, o ?xciton perde energia para o material e, portanto, a luz emitida carrega menos energia do que a luz que entra. Na fotoluminesc?ncia com convers?o ascendente, no entanto, o ?xciton recebe um aumento de energia do material ao interagir com vibra??es da sua cadeia at?mica, conhecidas como f?nons.

Previs?es te?ricas anteriores sugeriram que a fotoluminesc?ncia com convers?o ascendente pode acontecer em nanotubos de carbono de parede ?nica se os ?xcitons forem temporariamente presos por defeitos na estrutura do nanotubo.

Mas os pesquisadores descobriram que a fotoluminesc?ncia com convers?o ascendente ocorre com alta efici?ncia mesmo em nanotubos sem defeitos, indicando a exist?ncia de um mecanismo alternativo. De fato, eles descobriram que, quando um el?tron ? excitado pela luz, ele recebe um aumento de energia simult?neo de um f?non, formando um estado de "?xciton escuro". Depois de perder um pouco de energia, o ?xciton finalmente emite luz com mais energia do que o laser de entrada.

Aumentar a temperatura tamb?m aumenta o efeito. "Os f?nons s?o mais abundantes em temperaturas mais altas, aumentando a probabilidade de transi??es mediadas por f?nons," disse o professor Yuichiro Kato.

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