Un equipo de investigación de la Universidad de Delaware recibe una ayuda de un millón de dólares de la Fundación Keck para desarrollar una novedosa investigación sobre la luz.

Foto de Portada: El equipo de investigación de UD tiene como objetivo desarrollar nuevas nanoestructuras que actúan como un trinquete para combinar la energía de dos fotones rojos de luz en un solo fotón azul, que tiene mayor energía. Este avance podría mejorar la eficiencia desde elementos como celdas solares a los tratamientos de quimioterapia.

Investigadores de la Universidad de Delaware (UD) han recibido una ayuda de 1 millón de dólares de la Fundación W.M. Keck para explorar una nueva idea que podría mejorar las células solares, las imágenes médicas e incluso los tratamientos contra el cáncer. En pocas palabras, su investigación trata de cambiar el color de la luz.

No se trata de jugar con los colores visibles como los que vemos por la ventana: ni la brillante luz de día  ni las oscuras noches sin luna, no se trata de reeditar el arco iris o las puestas de sol. El objetivo de los investigadores es convertir los colores de baja energía de la luz, como el rojo, en colores de alta energía, como el azul o el verde.

Cambiar el color de la luz le daría a la tecnología solar un impulso considerable. Una célula solar tradicional sólo puede absorber la luz con energía por encima de un determinado umbral. La luz infrarroja por ejemplo pasa a través de ella sin que su energía se pueda explotar.

Sin embargo, si esa luz de baja energía pudiese transformarse en luz de mayor energía, una célula solar podría absorber mucho más de la energía limpia, abundante y gratuita del sol. El equipo predice que su enfoque novedoso podría aumentar la eficiencia de las células solares comerciales en un 25 a 30 por ciento.

El equipo de investigación, con sede en la Facultad de Ingeniería de la UD, está liderado por Matthew Doty, profesor asociado de ciencias de los materiales e ingeniería y director asociado de las Instalaciones para Nanofabricación de UD. Los co-investigadores de Doty incluyen a Joshua Zide, Diane Sellers y Chris Kloxin, todos en el Departamento de Ciencia de los Materiales e Ingeniería; y Emily Day y John Slater, ambos del Departamento de Ingeniería Biomédica.

Cambiar el color de la luz

«Un rayo de luz contiene millones y millones de unidades individuales de luz llamadas fotones», dice el líder del proyecto Matthew Doty. «La energía de cada fotón está directamente relacionada con el color de la luz – un fotón de luz roja tiene menos energía que un fotón de luz azul. No se puede simplemente convertir un fotón rojo en uno azul, pero sí que se puede combinar la energía de dos o más fotones rojos para hacer un fotón azul. »

Este proceso, llamado «conversión ascendente de fotones,» no es nuevo, dice Doty. Sin embargo, el enfoque del equipo UD sí que lo es.

Quieren diseñar un nuevo tipo de nanoestructura semiconductora que actuará como un trinquete. Absorberá dos fotones rojos, uno tras otro, para impulsar a un electrón a un estado excitado en el cual  es capaz de emitir un fotón único de alta energía (azul).

Estas nanoestructuras serán tan pequeñitas que sólo se pueden ver cuando son magnificadas un millón de veces con un microscopio electrónico de alta potencia.

«Se debe pensar en los electrones en esta estructura como si estuvieran en un parque de agua», dice Doty. «El primer fotón rojo sólo tiene la energía suficiente para empujar a un electrón a mitad de camino hasta la escalera del tobogán. El segundo fotón rojo lo empuja el resto del camino. A continuación, el electrón baja por el tobogán, liberando toda esa energía en un solo proceso, con la emisión del fotón azul. El truco está en asegurarse de que el electrón no se deslice por la escalera antes de que llegue el segundo fotón. La estructura de trinquete semiconductor es la forma que nos permite atrapar al electrón en el medio de la escalera hasta que el segundo fotón llega a empujarlo el resto del camino hacia arriba».

Fuente: Universidad de Delaware