(PhysOrg.com) -- Des physiciens de Taïwan ont conçu et fabriqué des diodes électroluminescentes (DEL) de taille nanométrique qui émettent une lumière couvrant tout le spectre visible. Bien que les minuscules LED polychromes ne soient pas destinées aux applications d'éclairage commercial, ils devraient être utiles en microscopie haute résolution et en photolithographie sous-longueur d'onde.

Les chercheurs, Yu-Jung Lu, et al., de l'Université nationale Tsing-Hua de Hsinchu, Taïwan, ont publié leur étude sur les nano-LED dans un récent numéro de Lettres de physique appliquée .

Les nouvelles nano-LED ont une structure unique qui se compose de nanodisques de 40 nm d'épaisseur pris en sandwich entre deux couches de nanotiges, résultant en une géométrie nanodisk-in-nanorod. Les nanodisques sont en nitrure d'indium gallium (InGaN), un matériau semi-conducteur largement utilisé dans les LED et les cellules solaires, tandis que les nanotiges sont en nitrure de gallium (GaN). Cependant, Les LED InGaN capables d'émettre de la lumière sur l'ensemble du spectre visible n'ont pas été réalisées jusqu'à présent.

« La structure nanodisque/nanorod InGaN/GaN est similaire à une structure de puits quantique bien connue, mais dans une dimensionnalité réduite (réduction des dimensions latérales), » co-auteur Shangjr Gwo, professeur de physique à l'Université nationale Tsing-Hua, Raconté PhysOrg.com . « Les nanodisques InGaN pris en sandwich entre les régions p- et n-GaN agissent comme des émetteurs de lumière visible en couleur lorsque des électrons et des trous sont injectés à travers la jonction p-n à une tension de polarisation directe. La lumière électroluminescente provient de la recombinaison électron-trou dans les nanodisques d'InGaN.

Comme l'ont expliqué les chercheurs, la clé pour obtenir des LED polychromes était de surmonter les grandes contraintes de réseau, qui dégradent les émissions à grande longueur d'onde. Le système de nanotiges InGaN/GaN résout ce problème en raison de la relaxation de contrainte dans la géométrie nanostructurée.

Les chercheurs espèrent que ces nano-LED en couleur pourront être utilisées dans des techniques d'imagerie haute résolution capables de résoudre les caractéristiques de sous-longueur d'onde ultra-petites des objets. Pour faire ça, ces techniques doivent dépasser la limite de diffraction, qui est une limite fondamentale de la résolution de l'imagerie causée par l'étalement – ​​ou la « diffraction » – des ondes. Les techniques d'imagerie permettent de contourner cette limite en utilisant des ondes évanescentes, qui révèlent des informations sur les caractéristiques de sous-longueur d'onde des objets, mais aussi décroître de façon exponentielle loin de l'objet. En raison de la courte portée des ondes évanescentes, les techniques d'imagerie qui les détectent sont basées sur l'optique de champ proche.

L'une de ces techniques est la microscopie optique en champ proche à balayage (SNOM), qui utilise une minuscule sonde pour générer et récupérer des ondes évanescentes. L'un des plus grands défis de SNOM est d'obtenir une source lumineuse suffisamment petite et polyvalente pour fonctionner sur cette sonde, et c'est là qu'interviennent les nouvelles nano-LED. Alors que des recherches antérieures ont démontré les avantages de l'utilisation de nano-LED sur les sondes, c'est la première fois qu'une nano-LED avec une gamme de couleurs complète est disponible.

« Pour la microscopie, nous pouvons utiliser la nano-LED comme source lumineuse d'excitation localisée à une longueur d'onde choisie pour exciter sélectivement des molécules fluorescentes spécifiques, », a déclaré Lu.

Dans leur étude, les chercheurs ont démontré expérimentalement l'utilisation des LED nanodisk-in-nanorod pour la photolithographie sous-longueur d'onde, dans lequel la lumière est utilisée pour créer un motif sur un matériau sensible à la lumière. Ils prédisent que, en fabriquant les nano-LED sur les pointes des sondes SNOM, ils pourraient obtenir un meilleur contrôle spatial pour la future photolithographie sous-longueur d'onde.

« Pour les applications de la photolithographie, la liberté d'utilisation des nano-LED à n'importe quelle longueur d'onde élargit le choix des photoresist et permet le contrôle de leur photo-réponse, », a déclaré Lu.

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