Os gurus do nanowire do Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia (NIST) fizeram diodos emissores de luz ultravioleta (LEDs) que, graças a um tipo especial de concha, produzem intensidade de luz cinco vezes maior do que LEDs comparáveis ​​com base em um design de concha mais simples.

LEDs ultravioleta são usados ​​em um número crescente de aplicações, como cura de polímeros, purificação de água e desinfecção médica. Micro-LEDs também são interessantes para exibições visuais. A equipe do NIST está experimentando LEDs baseados em nanofios para varredura de pontas de sondas destinadas a aplicações eletrônicas e biológicas.

O novo, LEDs mais brilhantes são o resultado da experiência do NIST em fazer nanofios de nitreto de gálio (GaN) de alta qualidade. Recentemente, pesquisadores têm experimentado núcleos de nanofios feitos de GaN dopado com silício, que tem elétrons extras, rodeado por conchas feitas de GaN dopado com magnésio, que tem um excedente de "buracos" para elétrons ausentes. Quando um elétron e um buraco se combinam, a energia é liberada como luz, um processo conhecido como eletroluminescência.

O grupo NIST demonstrou anteriormente LEDs que produziram luz atribuída aos elétrons injetados na camada de casca para recombinar com buracos. Os novos LEDs têm um pequeno pedaço de alumínio adicionado à camada de revestimento, que reduz as perdas por estouro de elétrons e reabsorção de luz.

Conforme descrito no jornal Nanotecnologia , os LEDs mais brilhantes são fabricados a partir de nanofios com uma estrutura chamada "p-i-n", um projeto de três camadas que injeta elétrons e buracos no nanofio. A adição de alumínio à casca ajuda a confinar os elétrons ao núcleo do nanofio, aumentando a eletroluminescência cinco vezes.

"O papel do alumínio é introduzir uma assimetria na corrente elétrica que evita que os elétrons fluam para a camada de revestimento, o que reduziria a eficiência, e, em vez disso, confina elétrons e buracos no núcleo do nanofio, "disse o primeiro autor Matt Brubaker.

As estruturas de teste de nanofios tinham cerca de 440 nanômetros (nm) de comprimento com uma espessura de casca de cerca de 40 nm. Os LEDs finais, incluindo as conchas, eram quase 10 vezes maiores. Os pesquisadores descobriram que a quantidade de alumínio incorporado nas estruturas fabricadas depende do diâmetro do nanofio.

O líder do grupo Kris Bertness disse que pelo menos duas empresas estão desenvolvendo micro-LEDs baseados em nanofios, e o NIST tem um Acordo Cooperativo de Pesquisa e Desenvolvimento com um deles para desenvolver métodos de caracterização estrutural e dopante. Os pesquisadores tiveram discussões preliminares com empresas de sondas de varredura sobre o uso de LEDs NIST em suas pontas de sonda, e o NIST planeja demonstrar ferramentas protótipo de LED em breve.

A equipe do NIST detém a patente norte-americana 8, 484, 756 em um instrumento que combina microscopia de sonda de varredura de micro-ondas com um LED para não destrutivo, teste sem contato da qualidade do material para nanoestruturas semicondutoras importantes, como canais de transistores e grãos individuais em células solares. A sonda também pode ser usada para pesquisas biológicas sobre o desdobramento de proteínas e a estrutura celular.