Conversão ascendente
Uma nova técnica capaz de converter luz de baixa energia em luz de alta energia de modo substancialmente mais eficiente terá aplicações imediatas em iluminação e nas telas, dos celulares às TVs.
O fenômeno envolvido é conhecido como conversão ascendente, no qual um material absorve dois ou mais fótons de baixa energia (com comprimento de onda longo, como o infravermelho) e emite um único fóton de alta energia (com comprimento de onda mais curto, como luz visível ou ultravioleta). As moléculas do material absorvem a energia da luz incidente e a armazenam temporariamente ao deslocar elétrons para um estado orbital mais elevado. Essas moléculas excitadas então colidem naturalmente e liberam a energia armazenada na forma de luz com maior energia.
Ao contrário da fluorescência, que segue a Lei de Stokes (luz de alta energia entra e luz de baixa energia sai), a conversão ascendente é um processo anti-Stokes, no qual a saída energética de uma partícula é maior do que a entrada.
A conversão ascendente funciona bem em líquidos, já que as moléculas estão em constante movimento, o que permite que interajam mais livremente, liberando facilmente a luz com energia amplificada.
O que Jesse Wisch e colegas das universidades de Princeton e Estado da Carolina do Norte fizeram agora foi otimizar o processo em sólidos, nos quais as excitações não se propagam com facilidade. A conversão ascendente em sólidos tipicamente exige luz extremamente intensa na entrada, para gerar muitos estados excitados e uma maior probabilidade de interação entre eles, mas isso limita drasticamente a aplicabilidade da técnica em dispositivos de uso geral.
Wisch deu um jeito de fazer tudo usando LEDs orgânicos, ou OLEDs, que ficaram muito mais eficientes, dando à técnica uma ampla gama de aplicações imediatas.
OLEDs azuis e luz branca eficiente
Para otimizar a conversão ascendente de fótons em sólidos, a equipe lançou mão da plasmônica, a interação de elétrons livres na superfície dos metais com ondas eletromagnéticas, como a luz visível. Quando a luz incide sobre esses elétrons livres, ela desencadeia uma oscilação que combina a energia da luz com o movimento dos elétrons. Essas oscilações, chamadas plásmons de superfície, concentram a luz e intensificam o campo eletromagnético.
No filme fino de prata sintetizado pela equipe, a intensidade da luz absorvida pelas moléculas aumentou em 10 vezes, cortando drasticamente a intensidade da luz de entrada usada para disparar a conversão ascendente. Na verdade, os resultados experimentais mostraram que a técnica reduz a potência necessária para induzir a reação em 19 vezes, em comparação com um sistema não-plasmônico.
Para demonstrar uma aplicação prática imediata da tecnologia, os pesquisadores construíram um diodo emissor de luz orgânico (OLED), como os usados em telas, e utilizaram seu filme plasmônico para gerar luz azul – OLEDs azuis são complicados porque a geração do azul requer alta energia, o que desestabiliza os LEDs orgânicos. A luz azul resultante foi combinada com as luzes verde e vermelha de outros OLEDs comuns, produzindo luz branca. Assim, os pesquisadores demonstraram que a tecnologia plasmônica de conversão ascendente pode servir como fonte de luz azul sem a necessidade de alta energia ou materiais especiais.
A equipe agora pretende otimizar os filmes plasmônicos e a estrutura de seus OLEDs, rumo à fabricação de fontes de luz branca mais eficientes e com menor consumo de energia, o que terá amplas aplicações em telas e na iluminação.
Bibliografia:
Artigo: Plasmon-enhanced ultralow-threshold solid-state triplet fusion upconversion
Autores: Jesse A. Wisch, Kelvin A. Green, Amélie C. Lemay, Yiling Q. Li, Tersoo Upaa Jr, Evgeny O. Danilov, Hui Taou Kok, Seamus S. Lowe, Felix N. Castellano, Barry P. Rand
Revista: Nature Photonics
Vol.: 20, pages 24-30
DOI: 10.1038/s41566-025-01783-1