Los ingenieros de UC Berkeley han construido un dispositivo emisor de luz brillante de milímetros de ancho y completamente transparente cuando está apagado. El material emisor de luz en este dispositivo es un semiconductor monocapa, que tiene solo tres átomos de espesor.

El dispositivo abre la puerta a pantallas invisibles en paredes y ventanas (pantallas que serían brillantes cuando se encienden pero transparentes cuando se apagan) o en aplicaciones futuristas como tatuajes que emiten luz, según los investigadores.

"Los materiales son tan delgados y flexibles que el dispositivo puede hacerse transparente y adaptarse a superficies curvas, "dijo Der-Hsien Lien, becario postdoctoral en UC Berkeley y co-primer autor junto con Matin Amani y Sujay Desai, ambos estudiantes de doctorado en el Departamento de Ingeniería Eléctrica y Ciencias de la Computación de Berkeley.

Su estudio fue publicado el 26 de marzo en la revista Comunicaciones de la naturaleza . El trabajo fue financiado por la National Science Foundation y el Departamento de Energía.

El dispositivo fue desarrollado en el laboratorio de Ali Javey, profesor de Ingeniería Eléctrica y Ciencias de la Computación en Berkeley. En 2015, El laboratorio de Javey publicó una investigación en la revista. Ciencias mostrando que los semiconductores monocapa son capaces de emitir luz brillante, pero no llegó a construir un dispositivo emisor de luz. El nuevo trabajo en Comunicaciones de la naturaleza superó las barreras fundamentales en la utilización de la tecnología LED en semiconductores monocapa, permitiendo que tales dispositivos se escalen desde tamaños más pequeños que el ancho de un cabello humano hasta varios milímetros. Eso significa que los investigadores pueden mantener el grosor pequeño, pero haz que las dimensiones laterales (ancho y largo) sean grandes, para que la intensidad de la luz sea alta.

Los LED comerciales consisten en un material semiconductor que se inyecta eléctricamente con cargas positivas y negativas, que producen luz cuando se encuentran. Típicamente, se utilizan dos puntos de contacto en un dispositivo emisor de luz basado en semiconductores; uno para inyectar partículas con carga negativa y otro para inyectar partículas con carga positiva. Hacer contactos que puedan inyectar estas cargas de manera eficiente es un desafío fundamental para los LED, y es particularmente desafiante para los semiconductores monocapa ya que hay muy poco material con el que trabajar.

El equipo de investigación de Berkeley diseñó una forma de sortear este desafío mediante el diseño de un nuevo dispositivo que solo requiere un contacto en el semiconductor. Colocando la monocapa semiconductora sobre un aislante y colocando electrodos en la monocapa y debajo del aislante, los investigadores podrían aplicar una señal de CA a través del aislante. Durante el momento en que la señal de CA cambia su polaridad de positiva a negativa (y viceversa), tanto las cargas positivas como las negativas están presentes al mismo tiempo en el semiconductor, creando luz.

Los investigadores demostraron que este mecanismo funciona en cuatro materiales monocapa diferentes, todos los cuales emiten diferentes colores de luz.

Este dispositivo es una prueba de concepto, y aún queda mucha investigación, principalmente para mejorar la eficiencia. Medir la eficiencia de este dispositivo no es sencillo, pero los investigadores creen que tiene una eficiencia de alrededor del 1 por ciento. Los LED comerciales tienen eficiencias de alrededor del 25 al 30 por ciento.

El concepto puede ser aplicable a otros dispositivos y otros tipos de materiales, el dispositivo podría algún día tener aplicaciones en varios campos en los que se justifica tener pantallas invisibles. Esa podría ser una pantalla atómicamente delgada que está impresa en una pared o incluso en la piel humana.

"Queda mucho trabajo por hacer y es necesario superar una serie de desafíos para seguir avanzando en la tecnología para aplicaciones prácticas, "Dijo Javey." Sin embargo, este es un paso adelante al presentar una arquitectura de dispositivo para una fácil inyección de ambas cargas en semiconductores monocapa ".