Le immagini a raggi X di ciascun nanofilo mostrano la distribuzione dell'intensità di dispersione e la deformazione meccanica nel nucleo di nitruro di gallio e nel guscio di nitruro di indio-gallio. Il ceppo mostra che il guscio si adatta perfettamente al nucleo. Credito:Tomas Stankevic, Istituto Niels Bohr, Università di Copenaghen.
L'ultima ricerca del Niels Bohr Institute mostra che i LED realizzati con nanofili utilizzeranno meno energia e forniranno una luce migliore. I ricercatori hanno studiato i nanofili utilizzando la microscopia a raggi X e con questo metodo possono individuare esattamente come il nanofilo dovrebbe essere progettato per fornire le migliori proprietà. I risultati sono pubblicati sulla rivista scientifica, ACS Nano .
I nanofili sono molto piccoli - circa 2 micrometri di altezza (1 micrometro è un millesimo di millimetro) e 10-500 nanometri di diametro (1 nanometro è un millesimo di micrometro). I nanofili per LED sono costituiti da un nucleo interno di nitruro di gallio (GaN) e uno strato di nitruro di indio-gallio (InGaN) all'esterno, entrambi sono materiali semiconduttori.
"La luce in un tale diodo dipende dalla deformazione meccanica che esiste tra i due materiali e la deformazione dipende molto da come i due strati sono in contatto tra loro. Abbiamo esaminato una serie di nanofili utilizzando la microscopia a raggi X e anche se i nanofili dovrebbero in linea di principio essere identici, possiamo vedere che sono diversi e hanno una struttura molto diversa, " spiega Robert Feidenhans'l, professore e capo dell'Istituto Niels Bohr dell'Università di Copenaghen.
Sorprendentemente efficiente
Gli studi sono stati eseguiti utilizzando la microscopia a raggi X su nanoscala nel sincrotrone elettronico al DESY di Amburgo, Germania. Il metodo di solito richiede molto tempo e i risultati sono spesso limitati a pochissimi o addirittura a un singolo soggetto di studio. Ma qui i ricercatori sono riusciti a misurare una serie di nanofili verticali tutti in una volta utilizzando un design speciale di raggi X nanofocalizzati senza distruggere i nanofili nel processo.
Una serie di nanofili sono stati scansionati nella radiografia nanofocalizzata, mentre sono state misurate le riflessioni dai diversi piani cristallini dei nanofili. La posizione delle riflessioni fornisce informazioni sull'inclinazione e le deformazioni nei nanofili Credito:Tomas Stankevic, Istituto Niels Bohr, Università di Copenaghen.
"Abbiamo misurato 20 nanofili e quando abbiamo visto le immagini, siamo rimasti molto sorpresi perché si potevano vedere chiaramente i dettagli di ogni nanofilo. Puoi vedere la struttura sia del nucleo interno che dello strato esterno. Se ci sono difetti nella struttura o se sono leggermente piegati, non funzionano altrettanto bene. Quindi possiamo identificare esattamente quali nanofili sono i migliori e hanno la struttura core/shell più efficiente, " spiega Tomas Stankevic, uno studente di dottorato nel gruppo di ricerca 'Neutron and X-ray Scattering' presso l'Istituto Niels Bohr dell'Università di Copenhagen.
I nanofili sono prodotti da un'azienda in Svezia e queste nuove informazioni possono essere utilizzate per modificare la struttura degli strati nei nanofili. Il professor Robert Feidenhans'l spiega che esiste un grande potenziale in tali nanofili. Forniranno una luce più naturale nei LED e utilizzeranno molta meno energia. Inoltre, potrebbero essere utilizzati negli smartphone, televisori e molte forme di illuminazione.
I ricercatori si aspettano che le cose possano andare molto rapidamente e che potrebbero essere già in uso entro cinque anni.
