Los diodos emisores de luz (LED) son dispositivos electroluminiscentes ampliamente utilizados que emiten luz en respuesta a un voltaje eléctrico aplicado. Estos dispositivos son componentes centrales de diversas tecnologías electrónicas y optoelectrónicas, incluyendo pantallas, sensores y sistemas de comunicación.
En las últimas décadas, algunos ingenieros han desarrollado LEDs alternativos conocidos como LEDs cuánticos (QLEDs), que utilizan puntos cuánticos (partículas semiconductoras de tamaño nanométrico) como componentes emisores de luz en lugar de semiconductores convencionales. En comparación con los LEDs tradicionales, estos dispositivos basados en puntos cuánticos podrían alcanzar mejores eficiencias energéticas y estabilidades operativas.
A pesar de su potencial, la mayoría de los QLEDs desarrollados hasta ahora han mostrado velocidades de respuesta significativamente más lentas que los LEDs típicos que utilizan semiconductores inorgánicos de tipo III-V. Esto significa que tardan más tiempo en emitir luz en respuesta a un voltaje eléctrico aplicado.
Un avance en la velocidad de respuesta de los QLEDs
Investigadores de la Universidad de Zhejiang, la Universidad de Cambridge y otros institutos han demostrado que los QLEDs exhiben un efecto de memoria de excitación, que podría ayudar a mejorar sus velocidades de respuesta. Su enfoque propuesto, detallado en un estudio publicado en Nature Electronics, se basa en aprovechar la capacidad de los dispositivos para emitir luz en respuesta a pulsos eléctricos, utilizando su «memoria» de entradas eléctricas anteriores.
El Dr. Yunzhou Deng, de la Universidad de Cambridge, y el Prof. Yizheng Jin, de la Universidad de Zhejiang, autores del estudio, explicaron que los recientes avances en el desarrollo de LEDs orgánicos para comunicaciones de luz visible fueron la inspiración clave para su investigación, ya que demostraron que los LEDs pueden servir para propósitos más allá de la tecnología de visualización.
Originalmente, el objetivo de este estudio era comprender mejor cómo responden los QLEDs a excitaciones eléctricas pulsadas. Sin embargo, los experimentos llevaron a hallazgos inesperados, que los investigadores utilizaron para diseñar nuevos QLEDs de alta velocidad basados en microestructuras especializadas.
Para llevar a cabo su estudio, los investigadores emplearon medidas de electroluminiscencia transitoria, que buscan rastrear la rapidez con que el LED se enciende o apaga en respuesta a un pulso de voltaje. Utilizando un osciloscopio, monitorizaron cómo la intensidad de emisión evolucionaba a lo largo del tiempo en respuesta a pulsos eléctricos de corta duración. Al probar los QLEDs bajo diferentes condiciones de excitación pulsada, descubrieron información clave sobre su comportamiento de respuesta.
Las pruebas realizadas por los investigadores mostraron que las respuestas electroluminiscentes de los QLEDs están influenciadas por restos de pulsos eléctricos que se les aplicaron anteriormente. Este efecto de memoria de excitación observado se vinculó a estados de energía conocidos como trampas de agujeros de nivel profundo, que habitan en los semiconductores poliméricos amorfos del dispositivo.
El descubrimiento más significativo de este estudio es que los QLEDs exhiben un efecto de memoria de excitación, lo que significa que «recuerdan» excitaciones pulsadas anteriores incluso milisegundos después de ser apagados. Como resultado, cuando se alimentan a frecuencias de pulso más altas, los dispositivos responden más rápido. Este efecto permite que los QLEDs operen a altas frecuencias de modulación que superan los 100 MHz, convirtiéndolos en candidatos sólidos para aplicaciones de comunicación óptica de alta velocidad.
Para demostrar la promesa de su enfoque, los autores diseñaron un micro-QLED de baja capacitancia con un ancho de banda de -3 dB de hasta 19 MHz, que aprovecha el efecto de memoria de excitación que observaron. Este QLED mostró una frecuencia de modulación electroluminiscente de 100 MHz y tasas de transmisión de datos de hasta 120 Mbps, manteniendo una buena eficiencia energética.
Los resultados de este estudio reciente podrían contribuir pronto al avance de la tecnología QLED, potencialmente allanando el camino para su implementación en una amplia variedad de aplicaciones. Mientras tanto, los investigadores planean continuar investigando el efecto que observaron, así como trabajar para acelerar aún más las respuestas de los QLEDs.
El Dr. Deng y el Prof. Jin añadieron que, para acelerar aún más la velocidad de respuesta de los dispositivos, será necesario desarrollar nuevos materiales de puntos cuánticos con tasas de recombinación más rápidas. Esto implicará explorar composiciones novedosas y nanostructuras de núcleo-cáscara. Además, mejorar el efecto de memoria de excitación mediante la modificación de los componentes orgánicos en el dispositivo podría llevar a comportamientos transitorios aún más interesantes.
Más información:
Xiuyuan Lu et al, Aceleración de la velocidad de respuesta de diodos emisores de luz basados en puntos cuánticos mediante memoria de excitación inducida por trampas de agujeros, Nature Electronics (2025). DOI: 10.1038/s41928-025-01350-0
