Aunque la mayoría de las personas relaciona la visión nocturna con películas de acción o tecnología militar, sus aplicaciones reales van mucho más allá del entretenimiento. Desde cámaras de seguridad hasta vehículos autónomos y dispositivos móviles, la capacidad de ver en la oscuridad es cada vez más demandada en sectores muy diversos. Sin embargo, el acceso a esta tecnología sigue siendo limitado por razones que no siempre son visibles: el alto coste de producción y el uso de materiales peligrosos para el medio ambiente.
Un equipo de investigadores del NYU Tandon School of Engineering acaba de presentar una alternativa revolucionaria que podría cambiar esta situación. Se trata de una tinta cuántica elaborada a partir de puntos cuánticos de seleniuro de plata (Ag₂Se), un material capaz de detectar luz infrarroja sin recurrir a metales pesados como el mercurio o el plomo. El estudio, publicado en ACS Applied Materials & Interfaces, propone una forma más sencilla, escalable y ecológica de fabricar sensores para visión infrarroja, algo que podría democratizar esta tecnología en sectores como la automoción, la medicina o la electrónica de consumo.
¿Qué tienen de especial los puntos cuánticos?
Los puntos cuánticos son nanopartículas tan pequeñas que sus propiedades cambian en función de su tamaño. En lugar de comportarse como materiales clásicos, sus características ópticas y electrónicas se modifican cuando su tamaño se reduce a unos pocos nanómetros. Esta propiedad los hace muy útiles en sensores, pantallas, células solares o dispositivos médicos.
En el caso concreto de la visión nocturna, los puntos cuánticos permiten detectar luz en el espectro infrarrojo, es decir, en longitudes de onda que el ojo humano no puede ver pero que los cuerpos emiten de forma natural, especialmente el calor. Hasta ahora, los puntos cuánticos más eficaces estaban hechos con materiales tóxicos como el telurio de mercurio o el sulfuro de plomo. Su uso masivo está limitado por regulaciones ambientales estrictas, especialmente en la Unión Europea y otros países con normativas similares.
El avance del equipo de NYU consiste en utilizar selenio y plata, materiales más abundantes y con menor impacto ambiental, para fabricar puntos cuánticos capaces de detectar luz en el rango del infrarrojo cercano y de onda corta (entre 800 y 1250 nm). Este rango es clave en aplicaciones como la conducción autónoma, los sensores biomédicos o la vigilancia industrial.
Un proceso más limpio y fácil de escalar
Uno de los grandes logros del estudio es el método utilizado para fabricar los sensores. A diferencia de las técnicas convencionales, que requieren procesos lentos y precisos para colocar átomos uno por uno sobre cada píxel del detector, los investigadores desarrollaron una tinta cuántica en forma líquida que puede aplicarse como si fuera una pintura industrial.
Este sistema se basa en un proceso conocido como intercambio de ligandos en fase solución (SPLE, por sus siglas en inglés). Los ligandos son las moléculas que recubren los puntos cuánticos y determinan cómo interactúan entre ellos. Al sustituir los ligandos largos e inestables por otros más cortos y conductores, los autores lograron crear películas delgadas, uniformes y libres de grietas. Según el artículo, “este enfoque permite una deposición en un solo paso, eliminando la necesidad de aplicaciones por capas múltiples”.
Además de facilitar la producción, esta técnica reduce significativamente los costes y mejora la reproducibilidad de los dispositivos, algo fundamental para su fabricación a gran escala. Las tintas pueden aplicarse mediante técnicas ya existentes en la industria, como el recubrimiento por rotación, el rociado o el recubrimiento por cuchilla. Esto abre la puerta a su uso en líneas de producción similares a las de la impresión de periódicos o el embalaje.
Resultados que marcan un nuevo estándar
Los dispositivos fabricados con esta tinta cuántica muestran un rendimiento sobresaliente. En modo fotoconductor, lograron una responsividad de 150 mA/W a 1200 nm, el valor más alto registrado hasta la fecha para dispositivos basados en Ag₂Se en este rango espectral. Esto significa que son capaces de convertir la luz infrarroja en señal eléctrica de forma muy eficiente, incluso con tensiones bajas.
Además, estos sensores pueden detectar señales extremadamente débiles, del orden de nanovatios, y responder en escalas de tiempo muy rápidas: del orden de microsegundos. En términos prácticos, esto significa que podrían captar cambios de luz invisibles para el ojo humano cientos de veces más rápido que el parpadeo de un ojo.
Como explican los autores del estudio, “la fotodiodo autogenerado alcanza una detectividad específica de 6,5 × 10¹⁰ Jones a 1200 nm, con un ancho de banda de 3 dB de 18 kHz y tiempos de respuesta inferiores a 50 μs”. Este nivel de rendimiento se aproxima al de materiales mucho más tóxicos y costosos, lo que demuestra el enorme potencial del Ag₂Se como alternativa ecológica y funcional.
Implicaciones tecnológicas y sociales
El avance no solo mejora las prestaciones técnicas, sino que responde a una necesidad urgente de la industria. A medida que aumentan las restricciones ambientales sobre los materiales pesados, muchas empresas se enfrentan a un dilema: mantener la calidad de sus sensores o cumplir con las normativas. Esta tinta cuántica ofrece una solución intermedia que permite ambas cosas.
Los investigadores destacan que el rendimiento de estos sensores podría mejorar aún más con futuras optimizaciones en la síntesis de los puntos cuánticos y en las capas de transporte de carga. Pero incluso en su estado actual, ya permiten aplicaciones que antes resultaban inalcanzables desde el punto de vista económico o regulatorio.
Esto incluye, por ejemplo, cámaras infrarrojas integradas en teléfonos móviles, sensores en vehículos autónomos o sistemas de visión en drones de bajo coste. También podría facilitar la expansión de tecnologías de diagnóstico médico que requieren imágenes térmicas de alta precisión.
En palabras del equipo, “nuestro enfoque podría ayudar a que estas tecnologías sean mucho más accesibles”. Si se avanza en esta dirección, es probable que la visión infrarroja deje de ser una herramienta exclusiva de los laboratorios o el ejército, para convertirse en una característica común de los dispositivos electrónicos del día a día.
Lo que queda por delante
Aunque los resultados son prometedores, los investigadores reconocen que todavía hay margen para mejorar. En algunos aspectos, como la eficiencia cuántica externa (EQE), los dispositivos basados en Ag₂Se aún están por debajo de los sensores fabricados con plomo o mercurio. Sin embargo, la ventaja ambiental y el bajo coste de producción compensan en gran medida esta diferencia.
Una de las claves futuras será mejorar las interfaces entre capas, reducir las resistencias internas y encontrar combinaciones químicas que optimicen la movilidad de los portadores de carga. También será necesario verificar la estabilidad a largo plazo de los dispositivos, aunque las primeras pruebas muestran buen comportamiento incluso tras varias horas de uso continuo.
En definitiva, esta investigación no es solo un avance técnico. Representa una nueva forma de pensar en la fabricación de sensores: más limpia, más rápida y más democrática. Si se consolida esta línea de trabajo, podríamos estar presenciando el inicio de una nueva generación de dispositivos optoelectrónicos más sostenibles y accesibles.
Referencias
- Shlok J. Paul, Letian Li, Zheng Li, Thomas Kywe, Ana Vataj y Ayaskanta Sahu. Heavy Metal Free Ag₂Se Quantum Dot Inks for Near to Short-Wave Infrared Detection. ACS Applied Materials & Interfaces. DOI: 10.1021/acsami.5c12011.
