Porotech mostra o poder da ciência dos materiais em cores

Então, como a Porotech começou?

Tudo começou a partir de um projeto de pesquisa no Centro de Cambridge para nitreto de gálio. Eu estava trabalhando em fontes de fóton único para comunicação quântica, tentando fazer microcavidades para melhorar o acoplamento entre o emissor e a cavidade. Provavelmente, o componente de microcavidade mais fácil é um espelho Bragg, mas para torná-lo reflexivo, você precisa obter um contraste de índice de refração entre diferentes camadas.

Conseguimos a refletividade com nitreto de gálio, mas os defeitos – que não dá para contornar – estavam atrapalhando o desempenho do aparelho. Então exploramos alguns dos deslocamentos intrínsecos, que são um defeito estrutural comum. Usando química úmida, formamos uma matriz de compósito poroso entre nitreto de gálio e ar. Isso mistura o índice de refração do nitreto de gálio e do ar, gerando um parâmetro muito mais amplo para ajustar as propriedades ópticas.

Depois de fazer alguns cursos de negócios, desenvolver um plano de negócios e ser criticado, estávamos confiantes o suficiente para sair da universidade e comercializar nossa ideia

Fizemos as fontes de fóton único de maior desempenho no espectro azul, mas obviamente essa refletividade também é benéfica para todos os tipos de optoeletrônicos. Para fazer um diodo emissor de luz (LED), você precisa que o espelho inferior reflita a luz e depois consiga extrair o fóton. Nós testamos - e funcionou lindamente. Depois de fazer alguns cursos de negócios, desenvolver um plano de negócios e ser criticado, estávamos confiantes o suficiente para sair da universidade e comercializar nossa ideia.

você ganhou um Prêmio Startup Empresarial do Instituto de Física em 2022 por fazer um LED vermelho de nitreto de gálio e índio. Qual foi o maior desafio dessa inovação – e como você o superou?

O vermelho não é tão difícil de conseguir com outros materiais, como fosfeto de gálio ou arsenieto de gálio. No papel, também deve ser possível com nitreto de gálio, em termos de bandas proibidas definidas pelo material. Mas os defeitos são um problema – à medida que você vai do azul para o verde e depois para comprimentos de onda ainda mais longos, você precisa colocar mais índio na área de emissão de luz, o que torna os poços quânticos mais espessos.

E o problema com o nitreto de gálio em comparação com muitos outros semicondutores compostos é que a incompatibilidade do parâmetro de rede é enorme entre as diferentes ligas. Então você tem muita tensão e, se não for devidamente aliviada, você terá muitos defeitos que prejudicarão o desempenho do LED. Se você adicionar mais átomos de índio, também existe o risco de separação de fases, onde eles ficarão apenas como plaquetas de metal, em vez de formarem materiais cristalinos.

Em seguida, construímos sobre essa bela arquitetura porosa para podermos manipular as propriedades ópticas e mecânicas do material. Na verdade, podemos alterar a propriedade mecânica e aumentar o parâmetro da rede de maneira simples, para que ela corresponda melhor à área de emissão de luz – a região com alto teor de índio que estamos tentando construir no topo. Quanto mais próxima a correspondência conseguirmos, menos problemas encontraremos na área de emissão de luz.

Quais são as implicações de ter um LED vermelho de nitreto de gálio e índio ao lado dos verdes e azuis?

O azul e o verde já são muito bem-sucedidos e estabelecidos usando nitreto de gálio, mas a indústria atualmente teve que usar outras fontes como o arsenieto de gálio para o vermelho. Isso é muito caro, tanto em termos de gastos de capital quanto de produtividade. Além do mais, a mistura de diferentes materiais reduz substancialmente o rendimento e, consequentemente, a taxa de adoção também. Obter todas as cores de um único material significa que podemos usar a cadeia de suprimentos existente produzindo azul e verde e usá-los para gerar vermelho também – sem nenhum gasto de capital adicional ou complicações com o fluxo de processamento.

Você também criou emissores de comprimento de onda sintonizáveis, o que você chama de DynamicPixelTuning®. Como eles funcionam e alteram a imagem que você acabou de descrever?

De certa forma, foi um acidente. Ao estender a capacidade de comprimento de onda do nitreto de gálio para o vermelho, descobrimos que também podemos mudar a cor para o outro lado do espectro. Fundamentalmente, com nitreto de gálio há alguma tensão interna, que realmente afeta como os poços quânticos e o intervalo de banda reagem quando um viés externo é aplicado. Todo mundo quer conseguir uma cor única estável, mas quando você injeta uma corrente, esse bias externo vai afetar o campo interno, variando as bandas de onda.

Podemos reduzir a deformação, o que melhoraria a estabilidade, mas não podemos eliminar 100% do campo interno apenas pela manipulação do material. Nós nos perguntamos se poderíamos capitalizar o status da tensão e ampliar esse campo interno, então, quando aplicamos um viés externo, a mudança é grande o suficiente para que possamos ter todas as cores. Na verdade, agora podemos alcançar a grande mudança de comprimento de onda de maneira controlável. É uma relação muito linear, então você pode ter qualquer cor em função da densidade da corrente.

Portanto, temos duas maneiras de abordar o mercado e trabalhar com os recursos existentes, dependendo da complexidade do sistema do cliente e de seus requisitos de exibição.

O que vem a seguir para a Porotech? Você está olhando para expandir?

Para nós é muito importante atrair clientes por um lado, mas também distribuir nosso risco. Não queremos apostar apenas num segmento de mercado, pelo que olhamos para três grandes áreas: grande TV e sinalética; vestíveis inteligentes; e AR/VR. Com a primeira área, estamos falando de novas TVs de última geração com telas de 100 polegadas, que nenhuma outra tecnologia existente pode implementar de maneira tão econômica.

Nossa tecnologia pode permitir a funcionalidade sensorial e de toque, o que ajudará os wearables inteligentes a se tornarem itens mais personalizados no futuro

Quanto aos wearables inteligentes, estamos falando de relógios, óculos e óculos inteligentes. O micro LED é fundamentalmente uma tecnologia de exibição, mas está sendo construído sobre o ecossistema de semicondutores e a integração com transistores de silício, por isso promete integrabilidade e outras funcionalidades também. Ele pode fornecer informações de exibição, mas também pode ativar a funcionalidade de detecção e toque, o que ajudará os wearables inteligentes a se tornarem itens mais personalizados no futuro.

Para AR/VR também estamos tentando contribuir com o micro LED, o fóton, a saída de luz e a optoeletrônica. Também estamos focando na integração futura com as fundições de silício e transistores de silício. Obviamente, isso é muito mais difícil devido ao peso restrito e ao pequeno volume necessário para que o AR/VR seja implementado em óculos simples.

Portanto, estamos mais prontos comercialmente para a grande TV e relógios inteligentes, mas para AR é mais sobre integração e engenharia no nível do sistema.

Você começou como um acadêmico, então deve ter sido uma curva de aprendizado para você aprender a falar sobre cadeias de suprimentos, gastos de capital e integração de seu produto com diferentes dispositivos

Na verdade, ainda estou aprendendo e estou muito feliz em aceitar esse desafio. Eu poderia ter buscado a excelência acadêmica, mas como estamos fazendo ciência aplicada e materiais, realmente temos que nos concentrar em como implementar isso para beneficiar a indústria e as pessoas. Então, inicialmente, senti-me bastante animado por ter escolhido esse caminho para um novo desenvolvimento pessoal.

Indústria ou academia? Como escolher o seu caminho

Você percebe muito cedo que é menos capaz, tem menos conhecimento e não tem nenhuma experiência. Você tem que aprender com outras pessoas. Foi muito bom que o ecossistema de Cambridge forneça toda essa orientação além do suporte da universidade. É por isso que passamos alguns anos pulando dentro e fora da universidade, usando alguns dos recursos, fazendo pesquisas de mercado e nos treinando.

O aprendizado é um processo eterno à medida que continuamos a crescer, mas é um investimento que vale muito a pena.

Você tem algum conselho para as pessoas que buscam transformar sua tecnologia em um produto comercial?

Meu conselho seria ouvir mais e falar menos. A tecnologia é boa, a física é maravilhosa, mas isso é apenas um terço ou um quarto do problema. Você vai precisar de pessoas, recursos e uma estratégia de como transferir a tecnologia para um produto real e obter o plano de negócios para apoiá-lo. Você precisará se envolver com uma comunidade mais ampla para ouvir diferentes opiniões e críticas. Pegue esse feedback e reflita sobre ele para melhorar a si mesmo e suas ideias.

Eu acho que é uma curva de aprendizado difícil pela qual todo mundo tem que passar. Mas admitir que você não é capaz de tudo desde o início, e aprender com pessoas mais experientes é muito importante. Uma pequena empresa não pode fazer tudo sozinha. Você precisa de muita ajuda da universidade, governo, cadeia de suprimentos e clientes e parceiros, até mesmo de sua família e amigos. Portanto, ouça mais e reflita em um nível pessoal. Isso é o que eu recomendaria.

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• Fonte: https://physicsworld.com/a/porotech-showcases-the-power-of-materials-science-in-full-colour/