Gli ingegneri della UC Berkeley hanno costruito un dispositivo a emissione di luce brillante largo millimetri e completamente trasparente quando spento. Il materiale che emette luce in questo dispositivo è un semiconduttore monostrato, che ha uno spessore di soli tre atomi.

Il dispositivo apre la porta a display invisibili su pareti e finestre - display che sarebbero luminosi quando accesi ma trasparenti quando sono spenti, o in applicazioni futuristiche come tatuaggi che emettono luce, secondo i ricercatori.

"I materiali sono così sottili e flessibili che il dispositivo può essere reso trasparente e può adattarsi a superfici curve, " ha detto Der-Hsien Lien, un borsista post-dottorato presso l'UC Berkeley e co-primo autore insieme a Matin Amani e Sujay Desai, entrambi dottorandi del Dipartimento di Ingegneria Elettrica e Informatica a Berkeley.

Il loro studio è stato pubblicato il 26 marzo sulla rivista Comunicazioni sulla natura . Il lavoro è stato finanziato dalla National Science Foundation e dal Dipartimento dell'Energia.

Il dispositivo è stato sviluppato nel laboratorio di Ali Javey, professore di Ingegneria Elettrica e Informatica a Berkeley. Nel 2015, Il laboratorio di Javey ha pubblicato una ricerca sulla rivista Scienza dimostrando che i semiconduttori monostrato sono in grado di emettere luce brillante, ma si è fermato prima di costruire un dispositivo che emette luce. Il nuovo lavoro in Comunicazioni sulla natura ha superato le barriere fondamentali nell'utilizzo della tecnologia LED sui semiconduttori monostrato, consentendo di ridimensionare tali dispositivi da dimensioni inferiori alla larghezza di un capello umano fino a diversi millimetri. Ciò significa che i ricercatori possono mantenere lo spessore piccolo, ma rendere le dimensioni laterali (larghezza e lunghezza) grandi, in modo che l'intensità della luce possa essere elevata.

I LED commerciali sono costituiti da un materiale semiconduttore a cui viene iniettato elettricamente cariche positive e negative, che producono luce quando si incontrano. Tipicamente, due punti di contatto sono utilizzati in un dispositivo emettitore di luce a semiconduttore; uno per iniettare particelle con carica negativa e uno per iniettare particelle con carica positiva. Creare contatti in grado di iniettare in modo efficiente queste cariche è una sfida fondamentale per i LED, ed è particolarmente difficile per i semiconduttori monostrato poiché c'è così poco materiale con cui lavorare.

Il team di ricerca di Berkeley ha ideato un modo per aggirare questa sfida progettando un nuovo dispositivo che richiede un solo contatto sul semiconduttore. Posando il monostrato semiconduttore su un isolante e posizionando gli elettrodi sul monostrato e sotto l'isolante, i ricercatori potrebbero applicare un segnale CA attraverso l'isolante. Nel momento in cui il segnale AC commuta la sua polarità da positivo a negativo (e viceversa), sia le cariche positive che quelle negative sono presenti contemporaneamente nel semiconduttore, creare luce.

I ricercatori hanno dimostrato che questo meccanismo funziona in quattro diversi materiali monostrato, ognuno dei quali emette diversi colori di luce.

Questo dispositivo è un proof-of-concept, e rimane ancora molta ricerca, principalmente per migliorare l'efficienza. Misurare l'efficienza di questo dispositivo non è semplice, ma i ricercatori pensano che sia efficiente circa l'1%. I LED commerciali hanno un'efficienza di circa il 25-30 percento.

Il concetto può essere applicabile ad altri dispositivi e altri tipi di materiali, il dispositivo potrebbe un giorno avere applicazioni in una serie di campi in cui è garantito avere display invisibili. Potrebbe essere un display atomicamente sottile che è impresso su un muro o persino sulla pelle umana.

"Rimane molto lavoro da fare e una serie di sfide devono essere superate per far progredire ulteriormente la tecnologia per applicazioni pratiche, " ha detto Javey. "Tuttavia, questo è un passo avanti presentando un'architettura del dispositivo per una facile iniezione di entrambe le cariche nei semiconduttori monostrato".