(Phys.org) -- Un recente studio teorico condotto da un dottorando in ingegneria delle nanotecnologie dell'Università di Waterloo suggerisce che i produttori potrebbero un giorno realizzare laser e LED con il silicio, con la possibilità di abbassare notevolmente il loro prezzo.
Daryoush Shiri afferma che realizzare laser e diodi a emissione di luce (LED) da silicio sfuso, uno dei minerali più abbondanti sulla terra, è stato un obiettivo di lunga data della comunità dell'ingegneria fotonica. Ma mentre il costo del silicio è basso, soffre di una proprietà elettronica intrinseca chiamata bandgap indiretta che ostacola l'emissione di luce da questo materiale. Di conseguenza, i laser sono attualmente fabbricati utilizzando altri, materiali più costosi.
"Estesi calcoli numerici che hanno coinvolto il primo principio di meccanica quantistica e altri studi hanno dimostrato che i nanofili di silicio mostrano cambiamenti drammatici delle proprietà di emissione di luce quando applichiamo la deformazione meccanica, " disse Shiri.
Le sue scoperte sono state recentemente pubblicate in Rapporti scientifici , una rivista del Nature Publishing Group. La ricerca di Shiri mostra che allungando o comprimendo il nanofilo di silicio, puoi indurre cambiamenti significativi nelle sue capacità di emissione di luce. Il passaggio di una corrente elettrica attraverso il dispositivo nel suo stato teso porta all'inversione della popolazione, il che significa che gli elettroni sono pronti per l'emissione di luce. Una volta rimosso il ceppo, gli elettroni rilasciano la loro energia come pacchetti di luce, il principio centrale del laser. Shiri sottolinea che questo meccanismo per il laser è unico per i nanofili di silicio e non è realizzabile nel silicio sfuso. Il colore della luce emessa può essere controllato sia per deformazione che utilizzando nanofili di diverso diametro.
Il prossimo passo è collaborare con un laboratorio in grado di fabbricare i nanofili di silicio. Shiri vorrebbe vedere le minuscole strutture di silicio simili a baffi ridotte dai tipici 10 nanometri a tre-cinque nanometri. Riducendo il diametro del nanofilo, gli elettroni hanno maggiori possibilità di emettere la loro energia sotto forma di luce. Si aspetta che ci vorranno dai due ai cinque anni di sperimentazione prima che i nanofili siano fabbricati alle scale ideali.
I consumatori vedono i laser ovunque, dai lettori di codici a barre dei supermercati, stampanti laser, a lettori CD o DVD. I LED sono utilizzati nei fari delle auto, lampade, e altri prodotti di consumo.
Shiri ha collaborato alla sua ricerca con i suoi supervisori della tesi di dottorato C.R. Selvakumar, un professore di ingegneria elettrica e informatica a Waterloo; Anant Anantram, un ex professore di ingegneria a Waterloo che ora è all'Università di Washington-Seattle; e Amit Verma, un professore alla Texas A &M University-Kingsville.
