Los puntos cuánticos ofrecen una alternativa asequible a las fuentes de luz infrarroja
Investigadores de ICFO han desarrollado una nueva fuente de luz en el infrarrojo de onda corta (SWIR, por sus siglas en inglés) basada en puntos cuánticos que es potente, eficiente, estable y rentable. Según se publica en ACS Photonics, el dispositivo resultante supera la aparente incompatibilidad entre alto rendimiento y bajo coste que limitó los emisores SWIR anteriores, abriendo la puerta a tecnologías de visión artificial de última generación. Como prueba de concepto, el equipo ya ha demostrado su potencial para la inspección industrial, el control de seguridad alimentaria, la vigilancia y el diagnóstico biomédico.
Tomar imágenes a pesar del humo y la niebla, por la noche, desde una ubicación remota, de manera segura para la vista... Todas estas características tan deseables para las tecnologías de visión artificial del futuro podrían alcanzarse mediante el uso de luz en el rango del infrarrojo de onda corta (SWIR). Sin embargo, las tecnologías convencionales que emiten en el SWIR se enfrentan a desafíos significativos, y aún no se dispone de una alternativa viable de bajo costo que logre una emisión de alta potencia y alta eficiencia simultáneamente.
Durante los últimos años, el grupo de Nanomateriales Optoelectrónicos Funcionales de ICFO ha estado buscando alternativas rentables basadas en puntos cuánticos (diminutos semiconductores que se comportan como átomos individuales) que no sacrifiquen su eficiencia. En una publicación reciente en ACS Photonics, Aditya Jagadeesh Malla, la Dra. Katerina Nikolaidou, Miguel Dosil, la Dra. Mariona Dalmases, el Dr. Stephy Vincent, y Marta Martos Valverde, dirigidos por el Prof. ICREA Gerasimos Konstantatos, han demostrado que los puntos cuánticos de sulfuro de plomo pueden dar lugar a convertidores descendentes (dispositivos que absorben fotones de alta frecuencia y los convierten en fotones de baja frecuencia, en este caso, dentro del rango SWIR) de alta potencia, eficientes y estables.
Para lograr su objetivo, los investigadores aprovecharon una propiedad definitoria de los puntos cuánticos, a saber, que cuanto más grandes son estos materiales, menor es la frecuencia de los fotones que emiten y absorben. Así, el equipo empleó puntos más pequeños para absorber luz de alta frecuencia y los mezcló con otros más grandes que emitían en el rango SWIR. Simplemente variando el tamaño de los puntos emisores, pudieron cubrir una parte significativa de la región SWIR, creando un convertidor de frecuencia ajustable.
Sin embargo, el equipo tuvo que enfrentarse al principal inconveniente de los puntos cuánticos: la generación significativa de calor tras la absorción de luz. Para superar esta limitación, debieron diseñar una arquitectura del dispositivo innovadora. "Dispersamos los puntos cuánticos en un polímero que luego se intercaló entre dos sustratos diferentes (un DBR y un sustrato de zafiro)", explica el primer autor, Aditya Jagadeesh Malla. El resultado fue una densidad de potencia de emisión de 385 mW/cm² a una longitud de onda SWIR de 1380 nm, un hito significativo que marca un nuevo récord para los emisores de luz infrarroja basados en puntos cuánticos. Aditya lo pone en perspectiva: "De momento, solo existen unas pocas fuentes de luz SWIR disponibles, y las que hay son caras. Nuestro estudio, por el contrario, demuestra que es posible la emisión de alta potencia a un costo asequible".
Varias aplicaciones podrían beneficiarse de estos novedosos dispositivos. En el estudio, los investigadores e investigadoras ya mostraron su potencial para la visión nocturna y la visión bajo condiciones climáticas adversas para uso automotriz o en la lucha contra incendios, la visualización a través de ciertos plásticos y obleas de silicio para el control de calidad industrial, la toma de imágenes segura para la vista para el reconocimiento facial, la detección de humedad para la agricultura y la industria alimentaria, y la visualización bajo tejidos para imágenes biomédicas.
"Con la llegada de sensores de luz SWIR de bajo costo basados en puntos cuánticos coloidales, ya anticipamos que el siguiente reto sería el suministro de una fuente de luz SWIR de bajo costo que pudiera fabricarse a escala", afirma el Prof. Gerasimos Konstantatos, investigador principal del estudio. "Con este trabajo", añade, "estamos todavía más convencidos que los puntos cuánticos coloidales también podrán cerrar la brecha entre la rentabilidad y el rendimiento en las fuentes SWIR".
Referencia:
Aditya Jagadeesh Malla, Katerina Nikolaidou, Miguel Dosil, Mariona Dalmases, Stephy Vincent, Marta Martos Valverde, and Gerasimos Konstantatos, High Power, Efficient, and Stable Quantum Dot-Based Downconverters for SWIR Applications, ACS Photonics 2026 13 (4), 1158-1166
DOI: 10.1021/acsphotonics.5c02826
Agradecimientos:
G.K. acknowledges financial support from the European Research Council (ERC) under the European Union’s Horizon 2020 research and innovation program (grant agreement no. 101002306), the Fundació Privada Cellex, the program CERCA and ‘Severo Ochoa’ Centre of Excellence CEX2019−000910-S funded by the Spanish State Research Agency. The study also received funding from PDC2023−145903-I00 funded by MCIN/AEI/10.13039/501100011033 by the European Union “NextGenerationEU/PRTR”, by MCIN with funding from European Union NextGenerationEU (PRTR-C17.I1), and by Generalitat de Catalunya.