image: The project “Chiral Light-Emitting Diodes Based on Photonic Architectures” (RADIANT) received €3.6 million in funding from the European Union’s EIC Pathfinder Horizon programme in 2024. Its goal is to develop cost-effective, high-performance chiral LEDs that exploit the optical properties of scalable chiral metasurfaces, operating optimally in the visible to near-infrared spectrum. The results could be applied to fields such as display technology, optical communication, remote sensing, and advanced lighting systems. By leveraging the unique chiral response of chiral metasurfaces, RADIANT precisely modulates high photoluminescence quantum yield (PLQY) quantum emitters such as perovskite nanocrystals, quantum dots, and organic semiconductors through advanced nanophotonic architectures that interact with light via optical resonances, enhancing and tuning light emission. RADIANT harnesses the potential of nanophotonics for optoelectronic technologies through cost-effective, scalable chiral metasurfaces produced by soft nanolithography, while reducing dependence on critical raw materials currently used in advanced LEDs. This will revolutionize the multi-billion-euro LED display market by combining technological innovation, economic feasibility and environmental sustainability. The project is coordinated by Spain’s State Agency of the Spanish National Research Council (CSIC), specifically the Institute of Materials Science of Barcelona (ICMAB-CSIC). It began at the end of 2024 and also involves the universities of Vigo and Valencia; Lund University in Sweden; the Fondazione Istituto Italiano di Tecnologia in Italy; and the Spanish company Zirka Innotech, S.L.
Credit: Universitat Jaume I of Castelló
William Thompson (Lord Kelvin) introdujo la palabra «quiral» en 1894 para definir los objetos que no se superponen a la imagen de un espejo, como las manos. En química, hay sustancias o materiales con una composición similar, pero sus formas tridimensionales no coinciden (enantiómeros) y, aunque comparten características similares, se diferencian en su interacción con la luz polarizada o en sus efectos en los seres vivos.
Proporcionar quiralidad a otras tecnologías diferentes (diodos emisores de luz orgánicos (OLED, LED de perovskita, PELED y LED de puntos cuánticos, QDOTLED) es el desafío que plantea el proyecto RADIANT, coordinado en la Universitat Jaume I de Castelló por el director del Grupo de Semiconductores Avanzados del INAM, Iván Mora Seró. Su aplicación promete revolucionar varios sectores gracias a sus propiedades ópticas mejoradas y a su amplio rango espectral y, sobre todo, poder simplificar la arquitectura de las pantallas y ahorrar hasta un 50% de la energía que consumen.
El proyecto «Diodos emisores de luz quirales basados en arquitecturas fotónicas» (RADIANT) ha obtenido una financiación de tres millones seiscientos mil euros del programa EIC Pathfinder Horizon de la Unión Europea en 2024 para la producción de LED quirales rentables y de alto rendimiento que aprovechen las propiedades ópticas de las metasuperficies quirales escalables, con un funcionamiento óptimo en el espectro visible del infrarrojo cercano. Los resultados se aplicarían a campos como la tecnología de visualización, la comunicación óptica, la teledetección o los sistemas de iluminación avanzados.
Aprovechando la respuesta quiral única de las metasuperficies quirales, RADIANT modula con precisión los emisores cuánticos de alto rendimiento (PLQY) de fotoluminiscencia, como los nanocristales de perovskita, los puntos cuánticos y los semiconductores orgánicos, mediante arquitecturas nanofotónicas avanzadas que interactúan con la luz a través de resonancias ópticas, lo que mejora y modula la emisión de luz.
RADIANT aprovecha el potencial de la nanofotónica para las tecnologías optoelectrónicas a través de metasuperficies quirales rentables y escalables producidas mediante nanolitografía suave, a la vez que reduce la dependencia de las materias primas críticas que se utilizan actualmente en los LED avanzados. Esto revolucionará el multimillonario mercado del LED panorámico, al combinar la innovación tecnológica, la viabilidad económica y la sostenibilidad medioambiental.
La Agencia Estatal del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) de España es la coordinadora de este proyecto, en concreto el Instituto de Ciencia de los Materiales de Barcelona ICMAB-CSIC, que comenzó a finales de 2024 y en el que también participan las universidades de Vigo y Valencia; la Lunds Universitet de Suecia, la Fondazione Istituto Italiano di Tecnologia de Italia y la empresa española Zirka Innotech, S.L.
Iván Mora Seró es investigador del Departamento de Física y del Instituto de Materiales Avanzados. En 2022 obtuvo el Premio a la Excelencia en Investigación de la Real Sociedad Española de Química. Es uno de los investigadores más citados en su campo, los más de 290 artículos que ha publicado han recibido más de 37 000 citas. En 2017 ganó la prestigiosa beca europea de consolidación del Consejo Europeo de Investigación (ERC) para desarrollar su proyecto No-Limit, con el objetivo de mejorar la eficiencia de las células solares mediante la interacción sinérgica de diversos materiales y superar las limitaciones de la conversión fotovoltaica actual.
RADIANT es el cuarto proyecto del programa EIC Pathfinder en el que participa personal investigador de la universidad pública de Castellón. DYNAMO, coordinado por el Grupo de Investigación Óptica (GROC), y Ohpera, coordinado por el Grupo de Materiales Fotoactivos para la Energía del INAM, fueron los dos primeros proyectos de este programa, que se financió en 2022. DYNAMO estudia la creación de nuevos moduladores de luz espacial basados en el acoplamiento óptico-acústico que superen la limitación actual de los dispositivos. Ohpera investiga la producción fotoelectroquímica de hidrógeno, a partir del agua, además de producir químicos de alto valor añadido.
En la misma convocatoria que se consiguió el proyecto RADIANT, se obtuvo el proyecto «Láseres de perovskita superradiantes a temperatura ambiente» (SUPERLASER), coordinado en la UJI también por el investigador Iván Mora Seró y en el que también participa el grupo de Rosario Vidal. SUPERLASER desarrolla láseres superradiantes de haluro de perovskita a bajo coste. El objetivo es crear emisores que actúen como láseres topológicos con propiedades de cristal fotónico (sin cavidades adicionales) para lograr una gran potencia y un ancho de línea muy estrecho, similar al de las transiciones ópticas simples.