211service.com
Nanodraad-LED's
Onderzoekers van IBM Research in Yorktown Heights, NY, hebben een nieuwe manier aangetoond om elektriciteit om te zetten in licht in op nanodraad gebaseerde light-emitting devices (LED's). De nanodraad-LED's kunnen uiteindelijk worden gebruikt voor telecommunicatie en voor snellere communicatie tussen apparaten op microchips. De aanpak zou ook de weg kunnen effenen voor een nieuw type helder, efficiënt display.
Microscopische LED: Een dunne indium-nitride nanodraad overspant twee elektroden. Wanneer een stroom wordt toegepast, straalt deze infrarood licht uit.
De onderzoekers bouwden een LED die lijkt op een transistor die bestaat uit een indium-nitride nanodraad die tussen twee elektroden op een siliciumsubstraat is gespannen. De nanodraad is ongeveer 100 nanometer breed en overspant een afstand van minder dan 10 micrometer. Als de onderzoekers een stroom op de nanodraad zetten, straalt deze licht uit. Hoewel er al eerder nanodraden zijn gemaakt die licht uitstralen, vertrouwen de nieuwe apparaten op verschillende fysieke mechanismen die eenvoudiger zijn; als gevolg hiervan zou de nanodraad-LED efficiënter kunnen zijn en betere prestaties hebben. Bovendien slaagt het apparaat erin infrarood licht uit te zenden, wat bijzonder moeilijk is voor nanodraden, zegt Phaedon Avoris , een van de IBM-onderzoekers.
Gewoonlijk wordt licht in LED's geproduceerd door zowel elektronen als hun positieve tegenhangers, gaten, in een actief materiaal te injecteren, waar ze combineren en licht uitstralen. Bij de nieuwe apparaten hoeven de onderzoekers alleen nog maar elektronen te injecteren; deze veroorzaken plaatselijk elektronen en gaten, in de nanodraden. Het mechanisme zou efficiënter kunnen zijn omdat een enkel elektron kan worden gebruikt om meer dan één elektron-gatpaar te genereren. Bovendien hebben de onderzoekers aangetoond dat de nanodraden een intensere lichtemissie kunnen produceren dan andere LED's.
Het kleine formaat van de nanodraden en de compatibiliteit met silicium maken ze aantrekkelijk voor integratie op chips, zegt Eugene Fitzgerald , een professor in materiaalkunde en techniek aan het MIT. De nanodraden zenden ook infrarood licht uit, waardoor ze ideaal zijn voor glasvezeltelecommunicatie en voor optische communicatie tussen apparaten op microchips die computers drastisch zouden kunnen versnellen.
De nanodraad-LED's breiden het kleurengamma uit dat kan worden uitgestraald door op nitride gebaseerde materialen, zegt Fitzgerald. Nitridematerialen vormen de basis van de blauwe lasers in high-definition dvd-spelers, zegt hij, en ze zijn ook nuttig geweest voor het uitstralen van groen licht. Als de nanodraden kunnen worden afgestemd om rood licht uit te zenden, wat waarschijnlijk lijkt, dan zouden rode, groene en blauwe LED's allemaal kunnen worden gemaakt met variaties van hetzelfde materiaal, waardoor het praktisch is om ze allemaal op hetzelfde substraat te vervaardigen. Uiteindelijk zou het mogelijk kunnen zijn om dergelijke LED's in de pixels van kleurenschermen te plaatsen die helderder, efficiënter en mooier zijn dan de huidige platte LCD-schermen, zegt Fitzgerald.
De draden straalden niet alleen infrarood licht uit, maar ze vertoonden ook het bijzondere vermogen om intenser licht uit te stralen naarmate de temperatuur steeg; normaal gesproken dimt of stopt de lichtuitstraling bij hoge temperaturen. Dit zou kunnen leiden tot leds die bestand zijn tegen hoge temperaturen, een eigenschap die nuttig kan zijn voor bepaalde militaire toepassingen, zegt Avoris.
De nieuwe fysieke mechanismen die ten grondslag liggen aan het vermogen van indium-nitride nanodraden om licht uit te stralen, kunnen bredere implicaties hebben voor nanodraadonderzoek. Als het hier gebruikte mechanisme in andere materialen werkt, zou het het aantal materialen kunnen uitbreiden dat kan worden gebruikt om leds te maken, zegt Fitzgerald. Dat zou LED's goedkoper kunnen maken en onderzoekers een veel grotere veelzijdigheid kunnen geven bij het maken van apparaten met verbeterde prestaties.