(Phys.org) -- Lichtgevende diodes op infrarode golflengten zijn de magie achter zaken als nachtzicht en optische communicatie, inclusief de streaminggegevens die via Netflix binnenkomen. Cornell-onderzoekers hebben het proces gevorderd om dergelijke LED's goedkoper en gemakkelijker te fabriceren te maken, wat zou kunnen leiden tot ultradunne LED's die op silicium zijn geverfd om computerbedrading te vervangen door lichtgolven.

De onderzoeksgroep onder leiding van Frank Wise, hoogleraar toegepaste en technische fysica, online gerapporteerd 6 mei in het tijdschrift Natuur Nanotechnologie dat ze oplossingschemie hebben gebruikt om infrarood-LED's te maken van nanokristallen, algemeen bekend als kwantumstippen, uit loodsulfide.

hun proces, waarbij de uitgezonden golflengten worden afgestemd op basis van het regelen van de grootte van de nanokristallen, zou kunnen wedijveren met de effectieve, maar duur, praktijk van het kweken van halfgeleidermaterialen met behulp van het atoom-voor-atoomproces dat bekend staat als epitaxie. De Cornell nanokristal-LED's zijn ongeveer net zo helder als epitaxiaal gegroeide LED's, maar ze zijn gemaakt met behulp van lage temperatuur, oplossingsgerichte verwerking die veel goedkoper is.

Infrarood-LED's zijn meestal gemaakt van kristallen van materialen als indium-galliumarsenide, en ze kunnen niet op silicium worden gekweekt vanwege hun verschillende kristalstructuren, Verstandig uitgelegd. Tot nu toe is er geen natuurlijke manier geweest om lichtgevende materialen op silicium te maken.

Elektronen door nanokristallen laten stromen is een grote uitdaging, zei wijs. Het Cornell-team deed het met een slimme chemie:ze veranderden de afstand tussen de nanokristallen door de moleculen op hun oppervlak te veranderen. Langere koolstofketens produceerden grotere afstanden, die de efficiëntie van de lichtemissie dramatisch beïnvloedde. Door de afstand tussen nanokristallen met een halve nanometer te veranderen, werden de apparaten 100 keer efficiënter, zei wijs. De onderzoekers vonden de optimale afstanden tussen nanokristallen om de leds het helderste licht te laten uitstralen. Ze maten die afstanden met behulp van röntgenverstrooiingstechnologie van de Cornell High Energy Synchrotron Source (CHESS).

Omdat de door Cornell ontwikkelde LED's zijn gemaakt door middel van oplossingsverwerking, ze kunnen gemakkelijker worden geïntegreerd met andere materialen. Ze zouden kunnen leiden tot doorbraken als het vermogen om de LED's op silicium te "schilderen", bijvoorbeeld. Een dergelijke toepassing zou de scepter zwaaien in optische interconnecties, ter vervanging van elektrische draden die nu een knelpunt vormen voor de snelheid van de moderne computerchip. Communicatie tussen chips met een lichtgolf, in plaats van een draad, zal naar verwachting een revolutie teweegbrengen in de informatieverwerking.

De nanokristallen die de onderzoekers gebruikten, hebben interesse gewekt bij mensen die fotovoltaïsche cellen maken, te. Een zonnecel absorbeert licht en zendt elektronen uit als elektrische stroom, die stroom kan leveren. Loodsulfide en loodselenide nanokristallen zijn belangrijke kandidaten voor het vervangen van cadmiumtelluride en andere materialen die tegenwoordig in commerciële zonnecellen worden aangetroffen.

De co-auteurs van het artikel zijn Tobias Hanrath, assistent-professor chemische en biomoleculaire engineering, en George Malliaras, voorheen een universitair hoofddocent materiaalkunde en techniek bij Cornell; evenals voormalig postdoctoraal medewerker Liangfeng Sun; afgestudeerde studenten Joshua J. Choi, David Stachnik en Adam Bartnik (nu staflid bij Wilson Laboratory); en postdoctoraal medewerker Byung-Ryool Hyun.

Het werk werd ondersteund door de National Science Foundation, het KAUST-Cornell Centrum voor Energie en Duurzaamheid, de New York State Foundation for Science, Technologie en Innovatie en SCHAAK.