(PhysOrg.com) -- I fisici di Taiwan hanno progettato e fabbricato diodi a emissione di luce (LED) di dimensioni nanometriche che emettono luce che copre l'intero spettro visibile. Sebbene i minuscoli LED a colori non siano destinati ad applicazioni di illuminazione commerciale, dovrebbero essere utili nella microscopia ad alta risoluzione e nella fotolitografia a lunghezza d'onda inferiore.

I ricercatori, Yu Jung Lu, et al., dalla National Tsing-Hua University di Hsinchu, Taiwan, hanno pubblicato il loro studio sui nano-LED in un recente numero di Lettere di fisica applicata .

I nuovi nano-LED hanno una struttura unica che consiste in nanodischi di 40 nm di spessore inseriti tra due strati di nanobarre, risultante in una geometria nanodisk-in-nanorod. I nanodischi sono realizzati in nitruro di indio gallio (InGaN), un materiale semiconduttore ampiamente utilizzato nei LED e nelle celle solari, mentre le nanobarre sono in nitruro di gallio (GaN). Però, Finora non sono stati realizzati LED InGaN in grado di emettere luce dell'intero spettro visibile.

“La struttura del nanodisco/nanorod InGaN/GaN è simile a una ben nota struttura a pozzo quantico, ma in una dimensionalità ridotta (riduzione degli ingombri laterali), ” coautore Shangjr Gwo, professore di fisica alla National Tsing-Hua University, detto PhysOrg.com . “I nanodischi InGaN inseriti tra le regioni p- e n-GaN agiscono come emettitori di luce visibile a colori quando elettroni e lacune vengono iniettati attraverso la giunzione p-n a una tensione di polarizzazione diretta. La luce elettroluminescente proviene dalla ricombinazione elettrone-lacuna all'interno dei nanodischi InGaN.

Come hanno spiegato i ricercatori, la chiave per ottenere LED a colori era superare le grandi sollecitazioni del reticolo, che degradano le emissioni a lunga lunghezza d'onda. Il sistema di nanobarre InGaN/GaN risolve questo problema dovuto al rilassamento della deformazione nella geometria nanostrutturata.

I ricercatori sperano che questi nano-LED a colori possano essere utilizzati in tecniche di imaging ad alta risoluzione in grado di risolvere caratteristiche di lunghezza d'onda ultra-piccola degli oggetti. Per fare questo, queste tecniche devono superare il limite di diffrazione, che è un limite fondamentale alla risoluzione dell'immagine causata dalla diffusione - o "diffrazione" - delle onde. Le tecniche di imaging possono aggirare questo limite utilizzando onde evanescenti, che rivelano informazioni sulle caratteristiche della lunghezza d'onda degli oggetti, ma anche decadono esponenzialmente lontano dall'oggetto. A causa del corto raggio delle onde evanescenti, le tecniche di imaging che li rilevano si basano sull'ottica del campo vicino.

Una di queste tecniche è la microscopia ottica a scansione in campo vicino (SNOM), che utilizza una minuscola sonda per generare e recuperare onde evanescenti. Una delle maggiori sfide in SNOM è ottenere una sorgente luminosa abbastanza piccola e versatile da funzionare su questa sonda, ed è qui che entrano in gioco i nuovi nano-LED. Mentre la ricerca precedente ha dimostrato i vantaggi dell'utilizzo di nano-LED sulle sonde, questa è la prima volta che è disponibile un nano-LED con una gamma a colori.

“Per la microscopia, possiamo utilizzare il nano-LED come sorgente luminosa di eccitazione localizzata a una lunghezza d'onda scelta per eccitare selettivamente specifiche molecole fluorescenti, "Lui ha detto.

Nel loro studio, i ricercatori hanno dimostrato sperimentalmente l'utilizzo dei LED nanodisk-in-nanorod per la fotolitografia a lunghezza d'onda inferiore, in cui la luce viene utilizzata per creare un motivo su un materiale fotosensibile. Prevedono che, fabbricando i nano-LED sulle punte delle sonde SNOM, potrebbero ottenere un migliore controllo spaziale per la futura fotolitografia a lunghezza d'onda inferiore.

“Per le applicazioni della fotolitografia, la libertà di utilizzare nano-LED a qualsiasi lunghezza d'onda amplia la scelta del fotoresist e consente il controllo della loro foto-risposta, "Lui ha detto.

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