Les ingénieurs de l'UC Berkeley ont construit un dispositif émettant une lumière vive de quelques millimètres de large et entièrement transparent lorsqu'il est éteint. Le matériau électroluminescent de cet appareil est un semi-conducteur monocouche, qui n'a que trois atomes d'épaisseur.

L'appareil ouvre la porte à des écrans invisibles sur les murs et les fenêtres - des écrans qui seraient lumineux lorsqu'ils sont allumés mais transparents lorsqu'ils sont éteints - ou dans des applications futuristes telles que les tatouages ​​émettant de la lumière, selon les chercheurs.

"Les matériaux sont si fins et flexibles que l'appareil peut être rendu transparent et peut s'adapter aux surfaces courbes, " dit Der-Hsien Lien, stagiaire postdoctoral à l'UC Berkeley et co-premier auteur avec Matin Amani et Sujay Desai, tous deux doctorants au Département de génie électrique et d'informatique de Berkeley.

Leur étude a été publiée le 26 mars dans la revue Communication Nature . Le travail a été financé par la National Science Foundation et le ministère de l'Énergie.

L'appareil a été développé dans le laboratoire d'Ali Javey, professeur de génie électrique et d'informatique à Berkeley. En 2015, Le laboratoire de Javey a publié des recherches dans le journal Science montrant que les semi-conducteurs monocouches sont capables d'émettre une lumière vive, mais s'est arrêté avant de construire un dispositif électroluminescent. Le nouveau travail en Communication Nature a surmonté les obstacles fondamentaux dans l'utilisation de la technologie LED sur les semi-conducteurs monocouches, permettant à de tels dispositifs d'être mis à l'échelle à partir de tailles inférieures à la largeur d'un cheveu humain jusqu'à plusieurs millimètres. Cela signifie que les chercheurs peuvent garder l'épaisseur faible, mais rendre les dimensions latérales (largeur et longueur) grandes, afin que l'intensité lumineuse puisse être élevée.

Les LED commerciales sont constituées d'un matériau semi-conducteur injecté électriquement avec des charges positives et négatives, qui produisent de la lumière lorsqu'elles se rencontrent. Typiquement, deux points de contact sont utilisés dans un dispositif électroluminescent à base de semi-conducteur; un pour l'injection de particules chargées négativement et un pour l'injection de particules chargées positivement. Faire des contacts capables d'injecter efficacement ces charges est un enjeu fondamental pour les LED, et c'est particulièrement difficile pour les semi-conducteurs monocouches car il y a si peu de matériau avec lequel travailler.

L'équipe de recherche de Berkeley a trouvé un moyen de contourner ce défi en concevant un nouveau dispositif qui ne nécessite qu'un seul contact sur le semi-conducteur. En posant la monocouche semi-conductrice sur un isolant et en plaçant des électrodes sur la monocouche et sous l'isolant, les chercheurs pourraient appliquer un signal alternatif à travers l'isolant. Pendant le moment où le signal AC commute sa polarité du positif au négatif (et vice versa), des charges positives et négatives sont présentes en même temps dans le semi-conducteur, créer de la lumière.

Les chercheurs ont montré que ce mécanisme fonctionne dans quatre matériaux monocouches différents, qui émettent toutes différentes couleurs de lumière.

Cet appareil est une preuve de concept, et il reste encore beaucoup de recherches, principalement pour améliorer l'efficacité. Mesurer l'efficacité de cet appareil n'est pas simple, mais les chercheurs pensent que c'est environ 1% efficace. Les LED commerciales ont des rendements d'environ 25 à 30 pour cent.

Le concept peut être applicable à d'autres appareils et à d'autres types de matériaux, l'appareil pourrait un jour avoir des applications dans un certain nombre de domaines où des écrans invisibles sont justifiés. Cela pourrait être un écran atomiquement mince qui est imprimé sur un mur ou même sur la peau humaine.

"Beaucoup de travail reste à faire et un certain nombre de défis doivent être surmontés pour faire avancer la technologie pour des applications pratiques, " dit Javey. " Cependant, c'est un pas en avant en présentant une architecture de dispositif pour une injection facile des deux charges dans des semi-conducteurs monocouches."