(Phys.org) - Diodos emissores de luz em comprimentos de onda infravermelhos são a mágica por trás de coisas como visão noturna e comunicações ópticas, incluindo os dados de streaming que chegam por meio da Netflix. Os pesquisadores da Cornell avançaram no processo de tornar esses LEDs mais baratos e mais fáceis de fabricar, o que poderia levar a LEDs ultrafinos pintados em silício para substituir a fiação do computador por ondas de luz.
O grupo de pesquisa liderado por Frank Wise, professor de física aplicada e engenharia, relatado online em 6 de maio no jornal Nature Nanotechnology que eles usaram soluções químicas para fazer LEDs infravermelhos de nanocristais, comumente conhecido como pontos quânticos, fora do sulfeto de chumbo.
Seu processo, que envolve o ajuste de comprimentos de onda emitidos com base no controle do tamanho dos nanocristais, poderia rivalizar com o efetivo, mas caro, prática de cultivo de materiais semicondutores usando o processo átomo por átomo conhecido como epitaxia. Os LEDs nanocristais Cornell são quase tão brilhantes quanto LEDs epitaxialmente crescidos, mas eles foram feitos em baixa temperatura, processamento baseado em solução que é muito mais barato.
LEDs infravermelhos são geralmente feitos de cristais de materiais como arseneto de gálio e índio, e eles não podem ser cultivados em silício devido às suas diferentes estruturas de cristal, Wise explicou. Até agora, não houve uma maneira natural de fazer materiais emissores de luz em silício.
Fazer com que os elétrons fluam através dos nanocristais é um grande desafio, Wise disse. A equipe de Cornell fez isso com uma química inteligente:eles mudaram a distância entre os nanocristais mudando as moléculas em suas superfícies. Cadeias de carbono mais longas produziram espaçamento maior, que afetou dramaticamente a eficiência da emissão de luz. Alterar a distância entre os nanocristais em meio nanômetro tornou os dispositivos 100 vezes mais eficientes, Wise disse. Os pesquisadores descobriram as distâncias ideais entre os nanocristais para fazer os LEDs emitirem a luz mais brilhante. Eles mediram essas distâncias usando a tecnologia de espalhamento de raios-X fornecida pela Cornell High Energy Synchrotron Source (CHESS).
Como os LEDs desenvolvidos pela Cornell foram feitos por meio de processamento de solução, eles podem ser mais facilmente integrados com outros materiais. Eles podem levar a avanços como a capacidade de "pintar" os LEDs em silício, por exemplo. Tal aplicação teria influência nas interconexões ópticas, substituindo os fios elétricos que agora são um gargalo para a velocidade do chip de computador moderno. Comunicação entre chips com uma onda de luz, em vez de um fio, espera revolucionar o processamento de informações.
Os nanocristais que os pesquisadores usaram despertaram interesse entre as pessoas que fabricam células fotovoltaicas, também. Uma célula solar absorve luz e emite elétrons como corrente elétrica, que pode fornecer energia. Os nanocristais de sulfeto de chumbo e seleneto de chumbo são os principais candidatos para substituir o telureto de cádmio e outros materiais encontrados em células solares comerciais hoje.
Os co-autores do artigo são Tobias Hanrath, professor assistente de engenharia química e biomolecular, e George Malliaras, ex-professor associado de ciência de materiais e engenharia em Cornell; bem como o ex-associado de pós-doutorado Liangfeng Sun; alunos de pós-graduação Joshua J. Choi, David Stachnik e Adam Bartnik (agora membro da equipe do Wilson Laboratory); e pós-doutorado associado Byung-Ryool Hyun.
O trabalho foi apoiado pela National Science Foundation, o Centro KAUST-Cornell para Energia e Sustentabilidade, a Fundação para a Ciência do Estado de Nova York, Tecnologia e Inovação e XADREZ.
