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Coluna Aqui tem Quântica: Tecnologia LED

Os LEDs, ou diodos emissores de luz, representam um avanço significativo na tecnologia de iluminação devido à sua eficiência energética, longa vida útil e versatilidade em aplicações. Esses dispositivos semicondutores operam utilizando propriedades da física quântica, que explicam como os elétrons interagem com os materiais cristalinos que compõem os LEDs. Telas de celulares, laptops, tablets e TVs operam com a tecnologia dos LEDs. A luz de um LED resulta de um processo eletrônico controlado e eficiente, que converte energia elétrica diretamente em luz, com perdas mínimas.

LEDs são compostos de camadas de cristais de composição química definida. A combinação de diferentes materiais permite o desenvolvimento de LEDs de cores variadas, além de LEDs brancos, que podem ser criados pela mistura de cores primárias ou pelo uso de um revestimento de fósforo, que converte luz azul em luz branca. A luz é gerada quando os elétrons passam por esses materiais, liberando energia em forma de fótons. Os materiais utilizados são cuidadosamente selecionados e combinados para produzir diferentes comprimentos de onda, ou seja, cores específicas.

O principal elemento usado na fabricação de dispositivos LED semicondutores é o gálio (Ga). Quando combinado com o arsênio (As) a temperaturas de cerca de 2000 °C, forma arsenieto de gálio (GaAs), já fabricado há quase 40 anos. O GaAs emite luz na faixa do infravermelho, invisível aos nossos olhos. Mas quando combinado ao fósforo (P), a luz passa a ser emitida no visível. À combinação de gálio e fósforo pode ser adicionado zinco, gerando luz vermelha e, ao adicionar nitrogênio, tem-se luz verde.

A adição de alumínio (Al) ao GaAs gera luz vermelha com um brilho e eficiência significativamente aumentados, e este material tem a sigla GaAlAs, arsenieto de gálio e alumínio. Ele também é utilizado em lasers terapêuticos de baixa potência, que aceleram os processos de reparação de tecidos duros e moles, ativando ou inibindo processos fisiológicos.

Outro material semicondutor que opera nos princípios quânticos e é de amplo uso é o nitreto de gálio (GaN), empregado em dispositivos como sensores a laser, carregadores rápidos tipo USB-C, veículos elétricos e implantes biométricos. O nitreto de gálio e índio (InGaN), por sua vez, fornece luz azul.

Fonte: Profª Claudia Rezende da UFRJ, vice-presidenta da SBQ 2024-2026