p Em um avanço que poderia aumentar a eficiência da iluminação LED em 50 por cento e até abrir caminho para dispositivos de camuflagem de invisibilidade, uma equipe de pesquisadores da Universidade de Michigan desenvolveu uma nova técnica que transforma nanopartículas metálicas em semicondutores. p É a primeira técnica que pode fazer crescer nanopartículas de metal com baixo custo, tanto na superfície dos semicondutores quanto abaixo dela. O processo praticamente não adiciona nenhum custo durante a fabricação e sua eficiência melhorada pode permitir que os fabricantes usem menos semicondutores em produtos acabados, tornando-os mais baratos.

p As nanopartículas de metal podem aumentar a eficiência dos LEDs de várias maneiras. Eles podem atuar como minúsculas antenas que alteram e redirecionam a eletricidade que passa pelo semicondutor, transformando mais em luz. Eles também podem ajudar a refletir a luz para fora do dispositivo, evitando que ele fique preso dentro e seja desperdiçado.

p O processo pode ser usado com o nitreto de gálio usado na iluminação LED e também pode aumentar a eficiência em outros produtos semicondutores, incluindo células solares. Está detalhado em um estudo publicado na Journal of Applied Physics .

p "Esta é uma adição perfeita ao processo de fabricação, e é isso que o torna tão emocionante, "disse Rachel Goldman, Professor de ciência e engenharia de materiais da U-M, e física. "A capacidade de fazer estruturas 3-D com essas nanopartículas abrirá muitas possibilidades."

p A inovação chave

p A ideia de adicionar nanopartículas para aumentar a eficiência do LED não é nova. Mas os esforços anteriores para incorporá-los foram impraticáveis ​​para a fabricação em grande escala. Eles se concentraram em metais caros como prata, ouro e platina. Além disso, o tamanho e o espaçamento das partículas devem ser muito precisos; isso exigia etapas de fabricação adicionais e caras. Além disso, não havia uma maneira econômica de incorporar partículas abaixo da superfície.

p A equipe de Goldman descobriu uma maneira mais simples que se integra facilmente com o processo de epitaxia de feixe molecular usado para fazer semicondutores. A epitaxia de feixe molecular pulveriza várias camadas de elementos metálicos em um wafer. Isso cria exatamente as propriedades condutivas corretas para um determinado propósito.

p Os pesquisadores da U-M aplicaram um feixe de íons entre essas camadas - uma etapa que empurra o metal para fora da pastilha semicondutora e vai para a superfície. O metal forma partículas em nanoescala que têm a mesma finalidade das caras partículas de ouro e platina de pesquisas anteriores. Seu tamanho e localização podem ser controlados com precisão variando o ângulo e a intensidade do feixe de íons. E aplicar o feixe de íons repetidamente entre cada camada cria um semicondutor com as nanopartículas espalhadas por toda parte.

p "Se você ajustar cuidadosamente o tamanho e o espaçamento das nanopartículas e a profundidade de sua incorporação, você pode encontrar um ponto ideal que aumenta as emissões de luz, "disse Myungkoo Kang, um ex-aluno de pós-graduação no laboratório de Goldman e primeiro autor do estudo. "Esse processo nos oferece uma maneira muito mais simples e econômica de fazer isso."

p Os pesquisadores sabem há anos que partículas metálicas podem se acumular na superfície dos semicondutores durante a fabricação. Mas eles sempre foram considerados um incômodo, algo que aconteceu quando a mistura de elementos estava incorreta ou o tempo estava errado.

p "Desde os primeiros dias da fabricação de semicondutores, o objetivo sempre foi borrifar uma camada lisa de elementos na superfície. Se os elementos formaram partículas em vez disso, foi considerado um erro, "Goldman disse." Mas percebemos que esses 'erros' são muito semelhantes às partículas que os fabricantes têm tentado tanto incorporar aos LEDs. Então, descobrimos uma maneira de fazer limonada com limões. "

p Em direção a mantos de invisibilidade

p Como a técnica permite um controle preciso sobre a distribuição das nanopartículas, os pesquisadores dizem que um dia pode ser útil para capas que tornam objetos parcialmente invisíveis, induzindo um fenômeno conhecido como "refração reversa".

p A refração reversa curva as ondas de luz para trás de uma forma que não ocorre na natureza, potencialmente direcionando-os ao redor de um objeto ou longe do olho. Os pesquisadores acreditam que, ao dimensionar e espaçar cuidadosamente uma série de nanopartículas, eles podem ser capazes de induzir e controlar a refração reversa em comprimentos de onda específicos da luz.

p "Para camuflagem de invisibilidade, precisamos transmitir e manipular a luz de maneiras muito precisas, e isso é muito difícil hoje, Goldman disse. "Acreditamos que esse processo pode nos dar o nível de controle de que precisamos para fazê-lo funcionar."

p A equipe agora está trabalhando para adaptar o processo de feixe de íons aos materiais específicos usados ​​em LEDs - eles estimam que os dispositivos de iluminação de maior eficiência podem estar prontos para o mercado nos próximos cinco anos, com cloaking de invisibilidade e outros aplicativos chegando no futuro.

p O estudo é intitulado "Formação de matrizes de nanopartículas de Ga plasmônicas incorporadas e sua influência na fotoluminescência de GaAs."