De ingenieurs van UC Berkeley hebben een fel lichtgevend apparaat gebouwd dat millimeters breed is en volledig transparant wanneer het is uitgeschakeld. Het lichtemitterende materiaal in dit apparaat is een monolaagse halfgeleider, die slechts drie atomen dik is.

Het apparaat opent de deur naar onzichtbare displays op muren en ramen - displays die helder zouden zijn als ze aan waren, maar doorzichtig als ze waren uitgeschakeld, of in futuristische toepassingen zoals lichtgevende tatoeages, volgens de onderzoekers.

"De materialen zijn zo dun en flexibel dat het apparaat transparant kan worden gemaakt en zich kan aanpassen aan gebogen oppervlakken, " zei Der-Hsien Lien, een postdoctoraal onderzoeker aan UC Berkeley en een co-eerste auteur samen met Matin Amani en Sujay Desai, beide promovendi bij de afdeling Electrical Engineering and Computer Sciences van Berkeley.

Hun studie werd op 26 maart gepubliceerd in het tijdschrift Natuurcommunicatie . Het werk werd gefinancierd door de National Science Foundation en het Department of Energy.

Het apparaat is ontwikkeld in het laboratorium van Ali Javey, hoogleraar Elektrotechniek en Computerwetenschappen aan Berkeley. anno 2015, Javey's lab publiceerde onderzoek in het tijdschrift Wetenschap waaruit blijkt dat monolaagse halfgeleiders helder licht kunnen uitstralen, maar stopte met het bouwen van een lichtgevend apparaat. Het nieuwe werk binnen Natuurcommunicatie fundamentele barrières overwonnen bij het gebruik van LED-technologie op monolaagse halfgeleiders, waardoor dergelijke apparaten kunnen worden geschaald van maten kleiner dan de breedte van een mensenhaar tot enkele millimeters. Dat betekent dat onderzoekers de dikte klein kunnen houden, maar maak de zijafmetingen (breedte en lengte) groot, zodat de lichtintensiteit hoog kan zijn.

Commerciële LED's bestaan ​​uit een halfgeleidermateriaal dat elektrisch wordt geïnjecteerd met positieve en negatieve ladingen, die licht produceren als ze elkaar ontmoeten. Typisch, twee contactpunten worden gebruikt in een op halfgeleiders gebaseerde lichtemitterende inrichting; een voor het injecteren van negatief geladen deeltjes en een voor het injecteren van positief geladen deeltjes. Het maken van contacten die deze ladingen efficiënt kunnen injecteren, is een fundamentele uitdaging voor LED's, en het is vooral een uitdaging voor monolaagse halfgeleiders omdat er zo weinig materiaal is om mee te werken.

Het onderzoeksteam van Berkeley heeft een manier bedacht om deze uitdaging te omzeilen door een nieuw apparaat te ontwerpen waarvoor slechts één contact op de halfgeleider nodig is. Door de halfgeleider monolaag op een isolator te leggen en elektroden op de monolaag en onder de isolator te plaatsen, de onderzoekers zouden een AC-signaal over de isolator kunnen toepassen. Op het moment dat het AC-signaal van polariteit verandert van positief naar negatief (en vice versa), zowel positieve als negatieve ladingen zijn tegelijkertijd aanwezig in de halfgeleider, licht creëren.

De onderzoekers toonden aan dat dit mechanisme werkt in vier verschillende monolaagmaterialen, die allemaal verschillende kleuren licht uitstralen.

Dit apparaat is een proof-of-concept, en er is nog veel onderzoek, vooral om de efficiëntie te verbeteren. Het meten van de efficiëntie van dit apparaat is niet eenvoudig, maar de onderzoekers denken dat het ongeveer 1 procent efficiënt is. Commerciële LED's hebben een efficiëntie van ongeveer 25 tot 30 procent.

Het concept kan van toepassing zijn op andere apparaten en andere soorten materialen, het apparaat zou op een dag toepassingen kunnen hebben op een aantal gebieden waar onzichtbare displays gerechtvaardigd zijn. Dat kan een atomair dun scherm zijn dat op een muur of zelfs op de menselijke huid is gedrukt.

"Er moet nog veel werk worden verzet en er moeten een aantal uitdagingen worden overwonnen om de technologie verder te ontwikkelen voor praktische toepassingen, "Zei Javey. "Echter, dit is een stap voorwaarts door een apparaatarchitectuur te presenteren voor gemakkelijke injectie van beide ladingen in monolaagse halfgeleiders."