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Buenos Aires » Infobae
Fecha: 07/01/2025 05:04
Cuando los fotones o electrones fluyen, se mueven en el espacio, pero también giran (Imagen ilustrativa Infobae) * Este contenido fue producido por expertos del Instituto Weizmann de Ciencias, uno de los centros más importantes del mundo de investigación básica multidisciplinaria en el campo de las ciencias naturales y exactas, situado en la ciudad de Rejovot, Israel. Las pantallas digitales que contienen materiales orgánicos han inaugurado una nueva era en la electrónica de consumo, al ayudar a producir en masa pantallas más brillantes que presentan numerosas ventajas respecto de las fabricadas con materiales cristalinos comunes. Estos diodos orgánicos emisores de luz (OLED) pueden, por ejemplo, permitir la fabricación de teléfonos plegables que duplican el tamaño de su pantalla cuando se abren. Sin embargo, incluso las pantallas OLED más avanzadas que se fabrican actualmente desperdician aproximadamente la mitad de la luz que emiten, un déficit que parecía inevitable porque se debe a la física de la luz. Un estudio, dirigido por un investigador del Instituto Weizmann de Ciencias, el profesor Binghai Yan del Departamento de Física de la Materia Condensada, puede conducir a un cambio en la forma en que los dispositivos futuros iluminan sus pantallas OLED. En este estudio colaborativo, Yan y sus colegas descubrieron un nuevo método para controlar una propiedad clave de la luz. Esta técnica, que implica nuevos materiales y diseños de dispositivos, allana el camino para fabricar pantallas que sean el doble de brillantes (o el doble de eficientes energéticamente) que las que hay actualmente en el mercado. También puede conducir a capacidades de transmisión de datos mucho más rápidas que las existentes hoy, aplicaciones que muestran el enorme potencial de los semiconductores orgánicos de próxima generación. Prof. Binghai Yan. Cómo aprovechar al máximo el potencial de las pantallas iridiscentes (Instituto Weizmann) Para entender por qué las pantallas de última generación tienen un límite de brillo, primero debemos considerar la propiedad de la luz conocida como quiralidad, un término derivado de la palabra griega que significa “mano”. Su significado depende del contexto. En física, la quiralidad se refiere a la autorrotación de las partículas en relación con su movimiento. Cuando los fotones o electrones fluyen, se mueven en el espacio, pero también giran. Cuando estas partículas giran en la misma dirección en la que viajan, como lo hace una bala, su quiralidad se llama dextrógira; cuando giran en contra de esa dirección, tienen quiralidad levógira. En biología y química, la quiralidad se refiere a objetos que son imágenes especulares entre sí, como dos manos. Por ejemplo, el ADN, las proteínas y la mayoría de las demás moléculas orgánicas naturales se denominan dextrógiras. Y existe una interacción considerable entre los diferentes tipos de quiralidad. Por ejemplo, la quiralidad geométrica de las moléculas en un material orgánico determina la quiralidad de las partículas que pasan a través de ellas. Esto es relevante para muchas aplicaciones de visualización, ya que estas pantallas tienen una capa exterior transparente hecha de un material quiral, que solo permite que la luz de una sola mano (por ejemplo, la de los diestros) entre y salga, bloqueando así la entrada de fotones de la otra quiralidad. Esto se hace para neutralizar la luz ambiental entrante, cuya quiralidad es mixta; si se permite que pase, esta luz reduciría el contraste de la pantalla, lo que dificultaría su visualización a la luz del día. La capa transparente que se puede manipular con una sola mano es esencial para operar pantallas con luz intensa (prueba a usar tu teléfono inteligente para navegar al mediodía sin ella), pero es un desperdicio. Cuando los diodos de las pantallas modernas emiten luz (que generalmente tiene una quiralidad mixta) hacia la superficie de la pantalla, la mitad de los fotones de esta luz no pueden llegar al espectador, ya que su quiralidad no coincide con la de la capa exterior transparente, que está fija para neutralizar la luz ambiental. La quiralidad se refiere a la autorrotación de las partículas en relación con su movimiento/pantallas más luminosas y saludables (Instituto Weizmann) Pero esto podría estar a punto de cambiar. En el nuevo estudio, Yan y su equipo propusieron controlar la quiralidad de los fotones de maneras que antes se consideraban imposibles. La propuesta implica diodos que emitirán predominantemente luz de una quiralidad: la que coincide con la quiralidad de la capa exterior transparente. Esto se puede lograr creando diodos que emitan luz simultáneamente en direcciones opuestas (uno hacia adelante, el otro hacia atrás) y estén equipados con un panel posterior recubierto con un polímero que contiene un material orgánico quiral. La mitad de la luz del diodo, la que tiene una quiralidad que coincide con la capa transparente, atraviesa esta capa sin obstáculos. Pero la mitad restante no se pierde. Más bien, rebota de un lado a otro hasta que golpea el panel de polímero posterior del diodo, que invierte su quiralidad. Este polímero está diseñado de tal manera que la información de quiralidad que contiene se convierte eficientemente en la rotación de electrones y luego en la quiralidad de la luz, lo que conduce a una emisión de luz fuertemente polarizada. Hallazgos extraños, un resultado inevitable de la teoría El estudio comenzó con resultados experimentales que inicialmente parecían francamente extraños. El Dr. Li Wan, entonces investigador postdoctoral en la Universidad de Linköping en Suecia, descubrió lo que ahora sabemos que es un método para controlar y amplificar la quiralidad de la luz en dispositivos orgánicos. “Estos hallazgos contradecían por completo todo lo que se sabía en este campo, y a otros científicos les costaba creer los resultados de Wan. Decían que probablemente algo no iba bien en sus experimentos”, recuerda Yan. Wan y su supervisor de doctorado, el profesor Alasdair Campbell, habían demostrado que podían invertir la quiralidad de un flujo de electrones en su instalación experimental modificando la polaridad de la batería que genera la corriente eléctrica. Cada vez que cambiaban la polaridad de la fuente de alimentación, la quiralidad del flujo de electrones cambiaba de forma constante. Como no cambiaron los materiales, este hallazgo contradecía todo el conocimiento de los libros de texto de la época. La capa transparente que se puede manipular con una sola mano es esencial para operar pantallas con luz intensa (prueba a usar tu teléfono inteligente para navegar al mediodía sin ella), pero es un desperdicio (Imagen Ilustrativa Infobae) Campbell estaba convencido de que estaban en algo importante, pero falleció en 2021, antes de que Wan pudiera respaldar teóricamente sus hallazgos. Tras la muerte de Campbell, Wan buscó a Yan, de cuya conferencia en línea sobre quiralidad había oído. En esa conferencia, Yan habló sobre su teoría que, utilizando conceptos de física cuántica, explicaba cómo la quiralidad de un material determina la quiralidad de un flujo de electrones. Yan comenzó a analizar los experimentos de Wan junto con Wan y otros dos científicos, el Dr. Yizhou Liu del Departamento de Física de la Materia Condensada de Weizmann y el Profesor Matthew J. Fuchter del Imperial College de Londres. Yan tuvo que ampliar su teoría de la quiralidad para que explicara los resultados de Wan, pero Yan terminó demostrando que estos hallazgos eran en realidad un resultado inevitable de su propia teoría. Además, los científicos descubrieron que también podían controlar la quiralidad de la luz emitida por el flujo de electrones, asegurándose de que los fotones salieran volando siguiendo la misma trayectoria que el flujo, preservando así su giro similar al de una bala. “Hemos revelado una unidad intrigante entre aspectos aparentemente no relacionados de la quiralidad: la geometría estructural de un material, la lateralidad de un flujo de electrones y, finalmente, la lateralidad de la luz”, dice Yan, resumiendo el nuevo estudio. Estos diodos orgánicos emisores de luz (OLED) pueden, por ejemplo, permitir la fabricación de teléfonos plegables que duplican el tamaño de su pantalla cuando se abren (Motorola) Además de mejorar la eficiencia de nuestras pantallas, los hallazgos del estudio también podrían aplicarse para lograr una transmisión de datos más rápida. Por ejemplo, podrían usarse para crear interruptores ópticos que funcionen mucho más rápido que los mecánicos, invirtiendo la quiralidad del flujo de fotones (por ejemplo, dextrógiro para indicar 0 y levógiro para indicar 1) al cambiar la polaridad eléctrica. Y por último, pero no menos importante, otro resultado de esta investigación es que los libros de texto deberán actualizarse para tener en cuenta la teoría de la quiralidad de Yan. Yan, que nació en China y se mudó a Israel con su esposa y sus dos hijos en 2017 después de realizar una investigación posdoctoral en Alemania y Estados Unidos, se sintió personalmente identificado con estos descubrimientos en el Instituto Weizmann. Solo después de llegar a Weizmann se dio cuenta de que había terminado en el mismo instituto de investigación que el profesor Ron Naaman, del Departamento de Física Química y Biológica de Weizmann, cuyo influyente artículo de 2011 sobre la quiralidad del ADN y el flujo de electrones había inspirado a Yan a centrarse en la interacción entre las diferentes formas de quiralidad en primer lugar. “Para mí es como cerrar un círculo”, dice Yan, “y tiene el beneficio adicional de poder pasarme por allí y charlar sobre quiralidad con Ron Naaman mientras tomamos un café por la mañana”. Algunas de las nuevas pantallas OLED tienen una luminiscencia de 1.000 nits, unidades que se utilizan para medir el brillo y en las que una sola unidad equivale a la salida de una vela por metro cuadrado. Una sala de cine típica tiene un brillo de entre 50 y 100 nits, y la mayoría de los televisores de hace 10 años tienen un brillo inferior a 500 nits.
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