Un equipo de científicos de la Universidad Queen’s en Ontario, Canadá, ha realizado un descubrimiento inesperado en el ámbito de los semiconductores orgánicos. Durante su investigación sobre celdas electroquímicas de polímeros emisores de luz (PLECs, por sus siglas en inglés), observaron destellos de luz verde curvada en la superficie de un polímero que emite luz roja. Este fenómeno, que recuerda a los arcos de color que se forman en las auroras boreales, ha suscitado un gran interés por sus posibles aplicaciones en la comprensión de los fallos de los materiales poliméricos y otros campos de la ciencia.
El profesor Jun Gao, junto con su estudiante de posgrado Dongze Wang, se centraron en el fenómeno conocido como «treeing eléctrico», que se caracteriza por la aparición de ramas en forma de árbol en el polímero, lo que afecta su rendimiento. Para intensificar este fenómeno, los investigadores enfriaron el PLEC a 200 K (-73 °C) y aplicaron un voltaje de hasta 1.000 voltios, invirtiendo la polaridad de los electrodos. Este procedimiento generó una notable emisión de luz naranja-roja, así como los sorprendentes destellos verdes.
La luz verde observada no podía ser atribuida al polímero MEH-PPV, conocido por emitir luz roja. Gao y Wang notaron que los arcos de luz verde se formaban justo encima del electrodo tipo n, y aumentaron en número y duración al incrementar el voltaje. La curiosidad llevó a los científicos a investigar más a fondo, utilizando un disco magnético que permitió observar la desviación significativa de la luz verde, sugiriendo interacciones con un campo magnético.
La naturaleza de los destellos verdes
Los investigadores lograron capturar estos fenómenos en video, comparando su forma y color a los de una aurora. Al medir el radio de curvatura de los arcos, determinaron que el fenómeno estaba relacionado con electrones emitidos al espacio mediante un proceso conocido como «emisión por campo» desde las puntas afiladas de los árboles eléctricos. La presencia de los destellos verdes se atribuye a electrones que bombardean y excitan un vapor desconocido de luz en medio de la descomposición del polímero, posiblemente gases resultantes del proceso de deterioro del MEH-PPV.
Este hallazgo no solo es significativo desde el punto de vista de la investigación de los semiconductores, sino que también ofrece una nueva metodología para visualizar la trayectoria de electrones y calcular su relación carga-masa cuando son desviados por un campo magnético conocido. Según Gao, las características espectrales de la emisión de luz podrían proporcionar pistas importantes sobre los productos de descomposición de las películas poliméricas, permitiendo la identificación de compuestos desconocidos a través de una técnica denominada «espectroscopía de ruptura eléctrica».
El trabajo de Gao y Wang representa un avance crucial en el entendimiento de los materiales semiconductores orgánicos, además de abrir nuevas vías para la educación en conceptos fundamentales de la física, como el dopaje y la generación de luz. Estos descubrimientos podrían tener aplicaciones prácticas en el desarrollo de dispositivos de visualización que utilicen polímeros emisores de electrones.
