Atomisk tynd lysemitterende enhed åbner muligheden for usynlige skærme

UC Berkeley-ingeniører har bygget en lysemitterende enhed, der er millimeter bred og fuldstændig gennemsigtig, når den slukkes. Det lysemitterende materiale i denne enhed er en enlags halvleder, som kun er tre atomer tykke.

Enheden åbner døren til usynlige skærme på vægge og vinduer-skærme, der ville være lyse, når de blev tændt, men gennemsigtige, når de blev slukket-eller i futuristiske applikationer såsom lysemitterende tatoveringer, ifølge forskerne.

"Materialerne er så tynde og fleksible, at enheden kan gøres gennemsigtig og kan passe til buede overflader, " sagde Der-Hsien Lien, en postdoktor ved UC Berkeley og en co-first forfatter sammen med Matin Amani og Sujay Desai, begge ph.d. -studerende i Institut for Elektroteknik og Datalogi i Berkeley.

Deres undersøgelse blev offentliggjort 26. marts i tidsskriftet Naturkommunikation . Arbejdet blev finansieret af National Science Foundation og Department of Energy.

Enheden blev udviklet i laboratoriet af Ali Javey, professor i elektroteknik og datalogi i Berkeley. I 2015, Javeys laboratorium offentliggjorde forskning i tidsskriftet Videnskab viser, at enkeltlags halvledere er i stand til at udsende stærkt lys, men stoppede med at bygge en lysemitterende enhed. Det nye arbejde i Naturkommunikation overvandt grundlæggende barrierer ved udnyttelse af LED -teknologi på enkeltlags halvledere, gør det muligt at skalere sådanne enheder fra størrelser mindre end bredden af ​​et menneskehår op til flere millimeter. Det betyder, at forskere kan holde tykkelsen lille, men gør de laterale dimensioner (bredde og længde) store, så lysintensiteten kan være høj.

Kommercielle lysdioder består af et halvledermateriale, der er elektrisk injiceret med positive og negative ladninger, som producerer lys, når de mødes. Typisk, to kontaktpunkter bruges i en halvlederbaseret lysemitterende enhed; en til at injicere negativt ladede partikler og en til at injicere positivt ladede partikler. At skabe kontakter, der effektivt kan injicere disse ladninger, er en grundlæggende udfordring for LED'er, og det er særligt udfordrende for enlags halvledere, da der er så lidt materiale at arbejde med.

Berkeley -forskerteamet udviklede en måde at omgå denne udfordring ved at designe en ny enhed, der kun kræver én kontakt på halvlederen. Ved at lægge halvleder -monolaget på en isolator og placere elektroder på monolaget og under isolatoren, forskerne kunne anvende et AC -signal på tværs af isolatoren. I det øjeblik, hvor AC -signalet skifter polaritet fra positiv til negativ (og omvendt), både positive og negative ladninger er til stede på samme tid i halvlederen, skaber lys.

Forskerne viste, at denne mekanisme fungerer i fire forskellige enkeltlagsmaterialer, som alle udsender forskellige farver af lys.

Denne enhed er et proof-of-concept, og meget forskning er stadig tilbage, primært for at forbedre effektiviteten. Det er ikke ligetil at måle denne enheds effektivitet, men forskerne mener, at det er omkring 1 procent effektivt. Kommercielle LED'er har en effektivitet på omkring 25 til 30 procent.

Konceptet kan være gældende for andre enheder og andre slags materialer, enheden kunne en dag have applikationer på en række felter, hvor det er berettiget at have usynlige skærme. Det kan være et atomtyndt display, der er præget på en væg eller endda på menneskelig hud.

"Der er meget arbejde tilbage, og en række udfordringer skal overvindes for yderligere at fremme teknologien til praktiske applikationer, "Sagde Javey." Men dette er et skridt fremad ved at præsentere en enhedsarkitektur til nem indsprøjtning af begge ladninger i monolagshalvledere."