L’emissione di luce a banda larga nell’infrarosso si è dimostrata di fondamentale importanza per una vasta gamma di applicazioni che includono la qualità degli alimenti e il monitoraggio di prodotti/processi, riciclaggio, rilevamento e monitoraggio ambientale e imaging multispettrale nel settore automobilistico, nonché sicurezza e protezione.
Con l’avvento dell’IoT e la crescente domanda di aggiungere più funzionalità ai dispositivi portatili (come orologi intelligenti, telefoni cellulari ecc.), l’introduzione di spettrometri su chip per il monitoraggio della salute, il rilevamento di allergeni, l’ispezione della qualità degli alimenti, per citarne alcuni, ciò dovrebbe accadere presto. Ma per poter integrare e implementare facilmente tali funzionalità nell’elettronica di consumo di produzione di massa, è necessario soddisfare diversi prerequisiti. Nello specifico, la sorgente luminosa deve essere compatta.
Finora, gli emettitori di luce a banda larga nella gamma dell’infrarosso a onde corte (una porzione dello spettro infrarosso tra 1 e 2,5 um), in cui funzionano queste applicazioni, si basano sulla tecnologia del secolo precedente, che in realtà si basa su sorgenti luminose a incandescenza. Nonostante il loro costo di produzione sia contenuto, la loro funzionalità si basa sul principio del riscaldamento, che non consente la miniaturizzazione di quelle sorgenti, ritrovandosi in fattori di forma ingombranti. Inoltre, la dissipazione del calore diventa un problema importante quando si tratta di integrazione in sistemi portatili compatti. Ciò che rende le cose ancora peggiori è il fatto che queste sorgenti siano a banda larga in modo incontrollabile, emettendo attraverso uno spettro molto più ampio di quanto normalmente necessario. Il che significa che sono altamente inefficienti poiché la maggior parte della luce generata è essenzialmente inutile.
Per affrontare questa sfida, i ricercatori dell’ICFO, la dott.ssa Santanu Pradhan e la dott.ssa Mariona Dalmases guidati dal professore ICREA dell’ICFO Gerasimos Konstantatos, hanno sviluppato una nuova classe di emettitori di luce a stato solido a banda larga basati sulla tecnologia a film sottile colloidale quantum dot (CQD). I risultati del loro studio sono stati pubblicati sulla rivista Advanced Materials.
Ora, i CQD offrono i vantaggi del processo della soluzione a basso costo, della facile integrazione CMOS e di un bandgap facilmente sintonizzabile. Sfruttando queste proprietà, i ricercatori dell’ICFO hanno progettato e ingegnerizzato un multi-stack di CQD di diverse dimensioni, che si è dimostrato in grado di emettere luce con uno spettro che dipende dalle dimensioni dei QD emittenti. La sequenza e lo spessore degli strati sono stati ottimizzati per massimizzare l’efficienza di fotoconversione di questo tipo di pellicola sottile a nanofosfori con conversione verso il basso.
