Os engenheiros da UC Berkeley construíram um dispositivo emissor de luz brilhante com milímetros de largura e totalmente transparente quando desligado. O material emissor de luz neste dispositivo é um semicondutor de monocamada, que tem apenas três átomos de espessura.

O dispositivo abre a porta para telas invisíveis em paredes e janelas - telas que seriam brilhantes quando ligadas, mas transparentes quando desligadas - ou em aplicações futurísticas, como tatuagens emissoras de luz, de acordo com os pesquisadores.

"Os materiais são tão finos e flexíveis que o dispositivo pode se tornar transparente e pode se conformar a superfícies curvas, "disse Der-Hsien Lien, um pós-doutorado na UC Berkeley e um co-primeiro autor junto com Matin Amani e Sujay Desai, ambos alunos de doutorado no Departamento de Engenharia Elétrica e Ciências da Computação em Berkeley.

Seu estudo foi publicado em 26 de março na revista Nature Communications . O trabalho foi financiado pela National Science Foundation e pelo Departamento de Energia.

O aparelho foi desenvolvido no laboratório de Ali Javey, professor de Engenharia Elétrica e Ciências da Computação em Berkeley. Em 2015, O laboratório de Javey publicou pesquisas na revista Ciência mostrando que semicondutores de monocamada são capazes de emitir luz brilhante, mas não conseguiu construir um dispositivo emissor de luz. O novo trabalho em Nature Communications superou barreiras fundamentais na utilização da tecnologia LED em semicondutores de monocamada, permitindo que tais dispositivos sejam dimensionados de tamanhos menores do que a largura de um cabelo humano até vários milímetros. Isso significa que os pesquisadores podem manter a espessura pequena, mas faça as dimensões laterais (largura e comprimento) grandes, de modo que a intensidade da luz pode ser alta.

LEDs comerciais consistem em um material semicondutor que é eletricamente injetado com cargas positivas e negativas, que produzem luz quando se encontram. Tipicamente, dois pontos de contato são usados ​​em um dispositivo de emissão de luz baseado em semicondutor; um para injetar partículas carregadas negativamente e um injetar partículas carregadas positivamente. Fazer contatos que possam injetar com eficiência essas cargas é um desafio fundamental para os LEDs, e é particularmente desafiador para semicondutores de monocamada, uma vez que há muito pouco material para trabalhar.

A equipe de pesquisa de Berkeley desenvolveu uma maneira de contornar esse desafio projetando um novo dispositivo que requer apenas um contato no semicondutor. Colocando a monocamada semicondutora em um isolador e colocando eletrodos na monocamada e embaixo do isolador, os pesquisadores podem aplicar um sinal AC através do isolador. Durante o momento em que o sinal AC muda sua polaridade de positiva para negativa (e vice-versa), ambas as cargas positivas e negativas estão presentes ao mesmo tempo no semicondutor, criando luz.

Os pesquisadores mostraram que este mecanismo funciona em quatro materiais monocamadas diferentes, todos os quais emitem diferentes cores de luz.

Este dispositivo é uma prova de conceito, e ainda resta muita pesquisa, principalmente para melhorar a eficiência. Medir a eficiência deste dispositivo não é simples, mas os pesquisadores acham que é cerca de 1% eficiente. Os LEDs comerciais têm eficiências de cerca de 25 a 30 por cento.

O conceito pode ser aplicável a outros dispositivos e outros tipos de materiais, o dispositivo pode um dia ter aplicações em vários campos onde é garantido ter telas invisíveis. Isso poderia ser uma tela atomicamente fina que está impressa em uma parede ou mesmo na pele humana.

"Ainda há muito trabalho a ser feito e uma série de desafios precisam ser superados para avançar ainda mais a tecnologia para aplicações práticas, "Javey disse." No entanto, este é um passo à frente, apresentando uma arquitetura de dispositivo para fácil injeção de ambas as cargas em semicondutores de monocamada. "