I guru del nanowire presso il National Institute of Standards and Technology (NIST) hanno realizzato diodi a emissione di luce ultravioletta (LED) che, grazie ad un particolare tipo di guscio, producono un'intensità luminosa cinque volte superiore rispetto ai LED comparabili basati su un design del guscio più semplice.

I LED ultravioletti sono utilizzati in un numero crescente di applicazioni come l'indurimento di polimeri, depurazione dell'acqua e disinfezione medica. I micro-LED sono interessanti anche per i display visivi. Il personale del NIST sta sperimentando LED basati su nanofili per le punte delle sonde di scansione destinate ad applicazioni elettroniche e biologiche.

Il nuovo, LED più luminosi sono il risultato dell'esperienza del NIST nella produzione di nanofili di nitruro di gallio (GaN) di alta qualità. Ultimamente, i ricercatori hanno sperimentato nuclei di nanofili fatti di GaN drogato con silicio, che ha elettroni in più, circondato da gusci in GaN drogato con magnesio, che ha un surplus di "buchi" per gli elettroni mancanti. Quando un elettrone e una lacuna si combinano, l'energia viene rilasciata come luce, un processo noto come elettroluminescenza.

Il gruppo del NIST ha precedentemente dimostrato i LED che producono luce attribuita agli elettroni iniettati nello strato del guscio per ricombinarsi con le lacune. I nuovi LED hanno un po' di alluminio aggiunto allo strato del guscio, che riduce le perdite dovute al trabocco di elettroni e al riassorbimento della luce.

Come descritto nella rivista Nanotecnologia , i LED più luminosi sono fabbricati da nanofili con una cosiddetta struttura "p-i-n", un design a tre strati che inietta elettroni e buchi nel nanofilo. L'aggiunta di alluminio al guscio aiuta a confinare gli elettroni al nucleo del nanofilo, aumentando di cinque volte l'elettroluminescenza.

"Il ruolo dell'alluminio è quello di introdurre un'asimmetria nella corrente elettrica che impedisce agli elettroni di fluire nello strato del guscio, che ridurrebbe l'efficienza, e invece confina elettroni e lacune al nucleo del nanofilo, " ha detto il primo autore Matt Brubaker.

Le strutture di test dei nanofili erano lunghe circa 440 nanometri (nm) con uno spessore del guscio di circa 40 nm. I LED finali, comprese le conchiglie, erano quasi 10 volte più grandi. I ricercatori hanno scoperto che la quantità di alluminio incorporata nelle strutture fabbricate dipende dal diametro del nanofilo.

Il leader del gruppo Kris Bertness ha affermato che almeno due aziende stanno sviluppando micro-LED basati su nanofili, e il NIST ha un accordo di ricerca e sviluppo cooperativo con uno di loro per sviluppare metodi di caratterizzazione strutturale e drogante. I ricercatori hanno avuto discussioni preliminari con le aziende di sonde di scansione sull'utilizzo dei LED NIST nelle punte delle sonde, e il NIST prevede di dimostrare presto strumenti LED prototipo.

Il team del NIST detiene il brevetto USA 8, 484, 756 su uno strumento che combina la microscopia a sonda a scansione di microonde con un LED per misure non distruttive, test senza contatto della qualità dei materiali per importanti nanostrutture di semiconduttori come i canali dei transistor e i singoli grani nelle celle solari. La sonda potrebbe essere utilizzata anche per la ricerca biologica sullo sviluppo delle proteine ​​e sulla struttura cellulare.