La figura mostra l'emissione di luce rossa da un LED elettricamente eccitato fabbricato con materiali semiconduttori 2D. (A) L'immagine a sinistra illustra la struttura del dispositivo costituita da vari materiali a strati. La pila di strati è costituita da grafene a pochi strati (FLG), nitruro di boro esagonale (hBN) e disolfuro di tungsteno (WS2). (B) L'immagine a destra mostra un'immagine al microscopio scattata al buio mentre viene applicata una tensione al dispositivo. Credito:Università Nazionale di Singapore
Gli scienziati della National University of Singapore hanno sviluppato diodi a emissione di luce (LED) ultrasottili ad alta efficienza energetica per le tecnologie di comunicazione di prossima generazione.
Le sorgenti luminose che convertono in modo affidabile i segnali elettrici in ottici sono di fondamentale importanza per le tecnologie di elaborazione delle informazioni. I LED ad alta velocità e ad alta efficienza energetica che possono essere integrati su un microchip e trasmettere informazioni sono uno degli elementi chiave per consentire la comunicazione di dati ad alto volume. Semiconduttori bidimensionali (2-D), che sono materiali atomicamente sottili simili al grafene, hanno recentemente attirato un notevole interesse a causa delle loro dimensioni intrinseche (spessore solo pochi atomi), proprietà di emissione luminosa ben definite, e prospettive di integrazione su chip. Mentre diversi team di ricerca in tutto il mondo sono riusciti a fabbricare LED basati su questi materiali negli ultimi anni, realizzare un'emissione luminosa efficiente è stata una sfida chiave.
Un gruppo di ricerca guidato dal Prof Goki EDA dei Dipartimenti di Fisica e Chimica, NUS è riuscita a sviluppare LED ultrasottili ad alta efficienza energetica che comprendono solo pochi strati di atomi. Un efficiente dispositivo LED converte la maggior parte della sua potenza elettrica assorbita in emissione di luce (cioè con perdite minime dovute alla conversione in altre forme di energia come il calore). Precedenti studi sui LED basati su semiconduttori 2-D hanno riportato che è necessaria una grande quantità di corrente elettrica per attivare l'emissione di luce. Ciò significa che una frazione sostanziale della potenza elettrica in ingresso viene dissipata sotto forma di calore invece di generare luce. Il team ha scoperto che questa perdita di energia può essere notevolmente ridotta prevenendo la dispersione di corrente elettrica dallo strato emissivo agli elettrodi metallici. I ricercatori hanno dimostrato che uno strato isolante di pochi nanometri può sopprimere significativamente la perdita di energia elettrica in ingresso senza introdurre un'eccessiva resistenza elettrica. Al contrario, ottimizzando lo spessore degli strati isolanti, il team ha ridotto di oltre 10 la corrente elettrica necessaria per attivare l'emissione di luce, 000 volte rispetto ai LED all'avanguardia basati su semiconduttori 2-D.
Il professor Eda ha detto, "I nostri dispositivi possono funzionare a una corrente elettrica estremamente bassa perché il design del dispositivo garantisce che ci sia uno spreco minimo di energia elettrica".
"Ottimizzando la qualità del materiale insieme alla progettazione del dispositivo e ai metodi di fabbricazione, diventa possibile avere un'emissione luminosa efficiente con un controllo preciso a livello di nanoscala. Ciò avrà potenzialmente un impatto significativo sullo sviluppo delle future tecnologie dell'informazione, " ha aggiunto il prof Eda.
Il team sta attualmente studiando in dettaglio l'origine dei processi di perdita di energia per migliorare ulteriormente l'efficienza dei propri dispositivi.
