(Phys.org) - Los diodos emisores de luz en longitudes de onda infrarrojas son la magia detrás de cosas como la visión nocturna y las comunicaciones ópticas, incluidos los datos de transmisión que llegan a través de Netflix. Los investigadores de Cornell han avanzado en el proceso de hacer que estos LED sean más baratos y fáciles de fabricar. lo que podría conducir a LED ultradelgados pintados sobre silicio para reemplazar el cableado de la computadora con ondas de luz.
El grupo de investigación dirigido por Frank Wise, profesor de física aplicada e ingeniería, informó en línea el 6 de mayo en la revista Nanotecnología de la naturaleza que han utilizado la química de soluciones para fabricar LED infrarrojos a partir de nanocristales, comúnmente conocidos como puntos cuánticos, sin sulfuro de plomo.
Su proceso, que implica ajustar las longitudes de onda emitidas en función del control del tamaño de los nanocristales, podría rivalizar con el efectivo, pero caro, práctica de cultivar materiales semiconductores utilizando el proceso átomo por átomo conocido como epitaxia. Los LED de nanocristales de Cornell son tan brillantes como los LED de crecimiento epitaxial, pero fueron hechos a baja temperatura, procesamiento basado en soluciones que es mucho más económico.
Los LED infrarrojos generalmente están hechos de cristales de materiales como arseniuro de galio indio, y no se pueden cultivar en silicio debido a sus diferentes estructuras cristalinas, Wise explicó. Hasta ahora no ha habido una forma natural de fabricar materiales emisores de luz sobre silicio.
Conseguir que los electrones fluyan a través de los nanocristales es un gran desafío, Wise dijo. El equipo de Cornell lo hizo con una química inteligente:cambiaron la distancia entre los nanocristales cambiando las moléculas en sus superficies. Las cadenas de carbono más largas produjeron un mayor espaciado, lo que afectó dramáticamente la eficiencia de la emisión de luz. Cambiar la distancia entre nanocristales en medio nanómetro hizo que los dispositivos fueran 100 veces más eficientes, Wise dijo. Los investigadores encontraron las distancias óptimas entre los nanocristales para hacer que los LED emitan la luz más brillante. Midieron esas distancias utilizando tecnología de dispersión de rayos X proporcionada por Cornell High Energy Synchrotron Source (CHESS).
Debido a que los LED desarrollados por Cornell se fabricaron mediante el procesamiento de soluciones, se pueden integrar más fácilmente con otros materiales. Podrían conducir a avances como la capacidad de "pintar" los LED sobre silicio, por ejemplo. Tal aplicación dominaría las interconexiones ópticas, reemplazar los cables eléctricos que ahora son un cuello de botella para la velocidad del chip de computadora moderno. Comunicación entre chips con una onda de luz, en lugar de un cable, Se espera que revolucione el procesamiento de la información.
Los nanocristales que utilizaron los investigadores han despertado interés entre las personas que fabrican células fotovoltaicas, también. Una celda solar absorbe luz y emite electrones como corriente eléctrica, que puede suministrar energía. Los nanocristales de sulfuro de plomo y seleniuro de plomo son los principales candidatos para reemplazar el telururo de cadmio y otros materiales que se encuentran actualmente en las células solares comerciales.
Los coautores del artículo son Tobias Hanrath, profesor asistente de ingeniería química y biomolecular, y George Malliaras, anteriormente profesor asociado de ciencia e ingeniería de materiales en Cornell; así como el ex asociado postdoctoral Liangfeng Sun; estudiantes de posgrado Joshua J. Choi, David Stachnik y Adam Bartnik (ahora miembro del personal del Laboratorio Wilson); y asociado postdoctoral Byung-Ryool Hyun.
El trabajo fue apoyado por la National Science Foundation, el KAUST-Cornell Center for Energy and Sustainability, la Fundación para la Ciencia del Estado de Nueva York, Tecnología e Innovación y AJEDREZ.
