p Um novo design para diodos emissores de luz (LEDs) desenvolvido por uma equipe que inclui cientistas do Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia (NIST) pode ser a chave para superar uma limitação de longa data na eficiência das fontes de luz. O conceito, demonstrado com LEDs microscópicos no laboratório, atinge um aumento dramático no brilho, bem como a capacidade de criar luz laser - todas as características que podem torná-lo valioso em uma variedade de aplicações miniaturizadas e de grande escala. p O time, que também inclui cientistas da Universidade de Maryland, Rensselaer Polytechnic Institute e o IBM Thomas J. Watson Research Center, detalhou seu trabalho em um artigo publicado hoje na revista revisada por pares Avanços da Ciência . O dispositivo deles mostra um aumento de brilho de 100 para 1, 000 vezes em relação ao minúsculo convencional, designs de LED de tamanho submicrônico.

p "É uma nova arquitetura para fazer LEDs, "disse Babak Nikoobakht do NIST, quem concebeu o novo design. "Usamos os mesmos materiais dos LEDs convencionais. A diferença nos nossos é o formato."

p LEDs existem há décadas, mas o desenvolvimento de LEDs brilhantes ganhou o prêmio Nobel e inaugurou uma nova era de iluminação. Contudo, mesmo os LEDs modernos têm uma limitação que frustra seus projetistas. Até certo ponto, alimentar um LED com mais eletricidade faz com que ele brilhe mais intensamente, mas logo o brilho diminui, tornando o LED altamente ineficiente. Chamado de "queda de eficiência" pela indústria, o problema impede que os LEDs sejam usados ​​em uma série de aplicações promissoras, de tecnologia de comunicação para matar vírus.

p Embora seu novo design de LED supere a queda de eficiência, os pesquisadores inicialmente não se propuseram a resolver esse problema. Seu principal objetivo era criar um LED microscópico para uso em aplicações muito pequenas, como a tecnologia lab-on-a-chip que os cientistas do NIST e de outros lugares estão buscando.

p A equipe experimentou um design totalmente novo para a parte do LED que brilha:ao contrário do plano, design plano usado em LEDs convencionais, os pesquisadores construíram uma fonte de luz de longa, fios finos de óxido de zinco são chamados de barbatanas. (Longo e fino são termos relativos:cada aleta tem apenas cerca de 5 micrômetros de comprimento, estendendo-se cerca de um décimo da largura de um fio de cabelo humano médio.) Seu conjunto de barbatanas se parece com um minúsculo pente que pode se estender a áreas tão grandes quanto 1 centímetro ou mais.

p "Vimos uma oportunidade nas barbatanas, como eu pensei que sua forma alongada e grandes facetas laterais poderiam receber mais corrente elétrica, "Nikoobakht disse." No início, nós apenas queríamos medir quanto o novo design poderia suportar. Começamos a aumentar a corrente e decidimos dirigir até que ele queimasse, mas ficou cada vez mais brilhante. "

p Seu novo design brilhou brilhantemente em comprimentos de onda abrangendo a fronteira entre o violeta e o ultravioleta, gerando cerca de 100 para 1, 000 vezes mais energia do que os pequenos LEDs típicos. Nikoobakht caracteriza o resultado como uma descoberta fundamental significativa.

p "Um LED típico de menos de um micrômetro quadrado de área brilha com cerca de 22 nanowatts de potência, mas este pode produzir até 20 microwatts, "ele disse." Isso sugere que o design pode superar a queda de eficiência em LEDs para fazer fontes de luz mais brilhantes. "

p "É uma das soluções mais eficientes que já vi, "disse Grigory Simin, um professor de engenharia elétrica da Universidade da Carolina do Sul que não estava envolvido no projeto. "A comunidade vem trabalhando há anos para melhorar a eficiência do LED, e outras abordagens geralmente apresentam problemas técnicos quando aplicadas a LEDs de comprimento de onda submicrométrico. Essa abordagem faz bem o trabalho. "

p A equipe fez outra descoberta surpreendente enquanto aumentava a corrente. Enquanto o LED brilhou em uma faixa de comprimentos de onda no início, sua emissão comparativamente ampla acabou diminuindo para dois comprimentos de onda de intensa cor violeta. A explicação ficou clara:seu minúsculo LED se tornou um minúsculo laser.

p "Converter um LED em laser exige um grande esforço. Geralmente, é necessário acoplar um LED a uma cavidade de ressonância que permite que a luz salte para formar um laser, "Nikoobakht disse." Parece que o design da barbatana pode fazer todo o trabalho sozinho, sem precisar adicionar outra cavidade. "

p Um minúsculo laser seria fundamental para aplicações em escala de chip, não apenas para detecção química, mas também em produtos de comunicações portáteis de última geração, monitores de alta definição e desinfecção.

p "Tem muito potencial para ser um bloco de construção importante, "Nikoobakht disse." Embora este não seja o menor laser que as pessoas já fizeram, é muito brilhante. A ausência de queda de eficiência pode torná-lo útil. "