Un nuevo tipo de LED infrarrojo el cual se puede “sintonizar” con diferentes longitudes de onda de la luz tiene la clave para el desarrollo de futuras aplicaciones relacionadas con la detección de materiales y gases en aplicaciones móviles.
Investigadores de la Universidad de Melbourne, junto con colegas del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley, la Universidad Berkeley y el Centro de Excelencia del Consejo Australiano de Investigación para Sistemas Metaópticos Transformativos (TMOS), han ideado un nuevo dispositivo que podría identificar un conjunto de gases y materiales de forma barata para uso en numerosas aplicaciones.
Los espectrómetros de infrarrojos (IR) son equipos de laboratorio comunes que pueden identificar diferentes materiales mediante el análisis de sus firmas infrarrojas, invisibles para el ojo humano. Al igual que una radio AM se puede sintonizar a diferentes frecuencias de onda de radio, los espectrómetros IR se pueden sintonizar a diferentes longitudes de onda, lo que da un análisis de amplio espectro de una muestra de gas. Sin embargo, estas máquinas son voluminosas y caras y no suelen ser prácticas de sacar del laboratorio y llevar al campo.
“Nuestra nueva tecnología une una fina capa de cristales de fósforo negro a un sustrato flexible, similar al plástico, lo que permite doblarlo de manera que el fósforo negro emita luz de diferentes longitudes de onda, esencialmente creando un LED infrarrojo sintonizable que permite la detección de múltiples materiales”, explica el profesor de la Universidad de Melbourne Kenneth Crozier. “Esta tecnología podría caber perfectamente dentro de los teléfonos inteligentes y convertirse en parte de nuestro uso diario”.
Un ejemplo de uso de esta tecnología sería la detección del estado de los alimentos. Las bacterias que se encuentran en la carne liberan varios gases a medida que se multiplican. La presencia de estos gases es una buena indicación de que la carne se está estropeando y ya no es apta para el consumo.
“El dispositivo colocado dentro de una nevera podría enviar una notificación de que la carne se está deteriorando. Asimismo, si se utilizase sobre un bolso, podría revelar si este está hecho de cuero real o de un sustituto más barato”, añade el profesor Crozier, que también es el Director Adjunto de TMOS.
Optoelectrónica de espectro variable activo con fósforo negro
Los dispositivos optoelectrónicos a temperatura ambiente que operan en rangos infrarrojos de longitud de onda corta y longitud de onda media (de uno a ocho micrómetros) se pueden utilizar para numerosas aplicaciones.
Para lograr el rango de longitudes de onda de funcionamiento necesarias para una aplicación dada, se utiliza una combinación de materiales con diferentes brechas de banda (por ejemplo, superretículas o heteroestructuras) o variaciones en la composición de aleaciones semiconductoras durante el crecimiento. Sin embargo, estos materiales son complejos de fabricar, debido a la necesidad de múltiples capas de cristales perfectamente vinculados, y el rango de funcionamiento se fija después de la fabricación.
Por tanto, aunque la sintonizabilidad de amplio alcance, activa y reversible de las longitudes de onda operativas en dispositivos optoelectrónicos después de la fabricación es una característica muy deseable, aún no se ha desarrollado tal plataforma.
Esta nueva investigación, cuyos resultados fueron publicados recientemente en Nature, logra una sintonizabilidad de amplio alcance, activa y reversible al utilizar fósforo negro. Esta nueva tecnología LED IR de fósforo negro requiere una sola capa que permite que el dispositivo sea flexible, dándole propiedades únicas cuando se dobla.
“El desplazamiento de la longitud de onda de emisión del fósforo negro con la flexión es realmente espectacular, permitiendo sintonizar el LED en el infrarrojo medio”, explica el profesor Ali Javey, de la Universidad de California en Berkeley, cuyo grupo dirigió el trabajo.
Este dispositivo podría también ser fundamental para aplicaciones relacionadas con la seguridad. La capacidad de identificar gases potencialmente letales desde distancias seguras, ya que el dispositivo se podría colocar en pequeños drones, puede ser toda una revolución en aplicaciones militares, de minería o en aplicaciones de seguridad civil. Así, por ejemplo, volar un dron con esta tecnología incorporada sobre un edificio en llamas podría indicar a los bomberos qué peligros enfrentan y el equipo necesario que deben usar.
Asimismo, al ser una tecnología de bajo coste, su aplicación se podría abrir a aplicaciones y usos más generalistas, como instaladores, fontaneros o gestores de edificios o incluso para su uso de forma generalizada en móviles.
“Nuestros fotodetectores IR podrían integrarse en una cámara para que pudiéramos mirar la pantalla de nuestro teléfono y ‘ver’ las fugas o emisiones de gas y ser capaces de determinar qué tipo de gas se trata”, concluye el profesor Crozier.
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