p LEDs brancos de alta potência enfrentam o mesmo problema que o Michigan Stadium enfrenta no dia do jogo - muitas pessoas em um espaço muito pequeno. Claro, não há pessoas dentro de um LED. Mas há muitos elétrons que precisam se evitar e minimizar suas colisões para manter a eficiência do LED alta. Usando cálculos atomísticos preditivos e supercomputadores de alto desempenho nas instalações de computação NERSC, os pesquisadores Logan Williams e Emmanouil Kioupakis da Universidade de Michigan descobriram que incorporar o elemento boro ao amplamente utilizado material InGaN (nitreto de índio-gálio) pode evitar que os elétrons se tornem muito aglomerados em LEDs, tornando o material mais eficiente na produção de luz. p Os LEDs modernos são feitos de camadas de diferentes materiais semicondutores crescidos uns sobre os outros. O LED mais simples possui três dessas camadas. Uma camada é feita com elétrons extras colocados no material. Outra camada é feita com poucos elétrons, os espaços vazios onde os elétrons estariam são chamados de buracos. Depois, há uma fina camada intermediária entre as outras duas que determina o comprimento de onda da luz emitida pelo LED. Quando uma corrente elétrica é aplicada, os elétrons e buracos movem-se para a camada intermediária, onde podem se combinar para produzir luz. Mas se espremermos muitos elétrons na camada do meio para aumentar a quantidade de luz que sai do LED, então, os elétrons podem colidir uns com os outros em vez de se combinarem com buracos para produzir luz. Essas colisões convertem a energia do elétron em calor em um processo chamado de recombinação Auger e reduzem a eficiência do LED.

p Uma maneira de contornar esse problema é abrir mais espaço na camada do meio para os elétrons (e buracos) se moverem. Uma camada mais espessa espalha os elétrons por um espaço mais amplo, tornando mais fácil para eles evitarem uns aos outros e reduzir a energia perdida em suas colisões. Mas tornar essa camada de LED intermediária mais espessa não é tão simples quanto parece.

p Como os materiais semicondutores de LED são cristais, os átomos que os constituem devem ser dispostos em distâncias regulares específicas uns dos outros. Esse espaçamento regular dos átomos nos cristais é chamado de parâmetro de rede. Quando os materiais cristalinos crescem em camadas, uns sobre os outros, seus parâmetros de rede devem ser semelhantes para que os arranjos regulares dos átomos coincidam onde os materiais são unidos. Caso contrário, o material será deformado para combinar com a camada abaixo dele. Pequenas deformações não são um problema, mas se o material superior ficar muito espesso e a deformação ficar muito forte, os átomos ficarão desalinhados tanto que reduzirão a eficiência do LED. Os materiais mais populares para LEDs azuis e brancos hoje são InGaN cercado por camadas de GaN. Infelizmente, o parâmetro de rede de InGaN não corresponde a GaN. Isso torna o crescimento de camadas InGaN mais espessas para reduzir as colisões de elétrons um desafio.

p Williams e Kioupakis descobriram que, ao incluir boro nesta camada intermediária de InGaN, seu parâmetro de rede se torna muito mais semelhante ao GaN, mesmo se tornando exatamente o mesmo para algumas concentrações de boro. Além disso, mesmo que um elemento inteiramente novo seja incluído no material, o comprimento de onda da luz emitida pelo material BINGaN é muito próximo ao do InGaN e pode ser ajustado para cores diferentes em todo o espectro visível. Isso torna o BINGaN adequado para ser cultivado em camadas mais espessas, reduzindo colisões de elétrons e aumentando a eficiência dos LEDs visíveis.

p Embora este material seja promissor para produzir LEDs mais eficientes, é importante que possa ser realizado em laboratório. Williams e Kioupakis também mostraram que BINGaN poderia ser cultivado em GaN usando as técnicas de crescimento existentes para InGaN, permitindo teste rápido e uso deste material para LEDs. Ainda, o principal desafio de aplicar este trabalho será ajustar a melhor forma de incorporar o boro ao InGaN em quantidades suficientemente altas. Mas esta pesquisa fornece um caminho estimulante para experimentalistas explorarem a fabricação de novos LEDs que são poderosos, eficiente, e acessível ao mesmo tempo.