p Liderado por Young Duck Kim, um cientista pesquisador de pós-doutorado no grupo de James Hone na Columbia Engineering, uma equipe de cientistas de Columbia, Universidade Nacional de Seul (SNU), e o Instituto de Pesquisa de Padrões e Ciência da Coreia (KRISS) relataram hoje que demonstraram - pela primeira vez - uma fonte de luz visível no chip usando grafeno, uma forma de carbono atomicamente fina e perfeitamente cristalina, como um filamento. Eles anexaram pequenas tiras de grafeno a eletrodos de metal, suspendeu as tiras acima do substrato, e passou uma corrente através dos filamentos para fazer com que eles se aquecessem. O estudo, "Emissão de luz visível brilhante do grafeno, "é publicado na publicação Advance Online em Nature Nanotechnology no site de 15 de junho. p "Nós criamos o que é essencialmente a lâmpada mais fina do mundo, "diz Hone, Wang Fon-Jen Professor de Engenharia Mecânica na Columbia Engineering e co-autor do estudo. "Este novo tipo de emissor de luz de 'banda larga' pode ser integrado em chips e pavimentará o caminho para a realização de atomicamente fino, flexível, e telas transparentes, e comunicações ópticas no chip baseadas em grafeno. "

p Criar luz em pequenas estruturas na superfície de um chip é crucial para o desenvolvimento de circuitos 'fotônicos' totalmente integrados que fazem com a luz o que agora é feito com correntes elétricas em circuitos integrados de semicondutores. Os pesquisadores desenvolveram muitas abordagens para fazer isso, mas ainda não foram capazes de colocar a fonte de luz artificial mais antiga e simples - a lâmpada incandescente - em um chip. Isso ocorre principalmente porque os filamentos das lâmpadas devem estar extremamente quentes - milhares de graus Celsius - para brilhar na faixa visível e os fios de metal em microescala não podem suportar tais temperaturas. Além disso, a transferência de calor do filamento quente para seus arredores é extremamente eficiente em microescala, tornando tais estruturas impraticáveis ​​e levando a danos no chip circundante.

p Ao medir o espectro da luz emitida pelo grafeno, a equipe conseguiu mostrar que o grafeno estava atingindo temperaturas acima de 2500 graus Celsius, quente o suficiente para brilhar intensamente. "A luz visível do grafeno atomicamente fino é tão intensa que é visível até a olho nu, sem qualquer ampliação adicional, "explica Young Duck Kim, primeiro e co-autor principal do artigo e cientista pesquisador de pós-doutorado que trabalha no grupo de Hone na Columbia Engineering.

p Interessantemente, o espectro da luz emitida mostrou picos em comprimentos de onda específicos, que a equipe descobriu foi devido à interferência entre a luz emitida diretamente do grafeno e a luz refletida no substrato de silício e voltando através do grafeno. Kim observa, "Isso só é possível porque o grafeno é transparente, ao contrário de qualquer filamento convencional, e nos permite ajustar o espectro de emissão mudando a distância ao substrato. "

p A capacidade do grafeno de atingir tais altas temperaturas sem derreter o substrato ou os eletrodos de metal se deve a outra propriedade interessante:à medida que aquece, o grafeno se torna um condutor de calor muito pior. Isso significa que as altas temperaturas ficam confinadas a um pequeno 'ponto quente' no centro.

p "Nas temperaturas mais altas, a temperatura do elétron é muito mais alta do que a dos modos vibracionais acústicos da rede de grafeno, de modo que menos energia é necessária para atingir as temperaturas necessárias para a emissão de luz visível, "Myung-Ho Bae, pesquisador sênior do KRISS e co-autor principal, observa. "Essas propriedades térmicas exclusivas nos permitem aquecer o grafeno suspenso até a metade da temperatura do sol, e melhorar a eficiência 1000 vezes, em comparação com o grafeno em um substrato sólido. "

p A equipe também demonstrou a escalabilidade de sua técnica ao realizar arranjos em larga escala de emissores de luz de grafeno depositados por vapor químico (CVD).

p Yun Daniel Park, professor do departamento de física e astronomia da Universidade Nacional de Seul e co-autor principal, observa que eles estão trabalhando com o mesmo material que Thomas Edison usou quando inventou a lâmpada incandescente:"Edison originalmente usou carbono como um filamento para sua lâmpada e aqui estamos voltando ao mesmo elemento, mas usando-o em sua forma pura - grafeno - e em seu limite de tamanho final - um átomo de espessura. "

p O grupo está trabalhando atualmente para caracterizar ainda mais o desempenho desses dispositivos, por exemplo, a rapidez com que podem ser ligados e desligados para criar 'bits' para comunicações ópticas - e desenvolver técnicas para integrá-los em substratos flexíveis.

p Hone adiciona, "Estamos apenas começando a sonhar com outros usos para essas estruturas - por exemplo, como microplacas que podem ser aquecidas a milhares de graus em uma fração de segundo para estudar reações químicas de alta temperatura ou catálise. "