(Phys.org) -- Les diodes électroluminescentes aux longueurs d'onde infrarouges sont la magie derrière des choses telles que la vision nocturne et les communications optiques, y compris les données de streaming qui transitent par Netflix. Les chercheurs de Cornell ont avancé le processus de fabrication de telles LED moins chères et plus faciles à fabriquer, ce qui pourrait conduire à des LED ultra-minces peintes sur du silicium pour remplacer le câblage informatique par des ondes lumineuses.
Le groupe de recherche dirigé par Frank Wise, professeur de physique appliquée et ingénieur, rapporté en ligne le 6 mai dans le journal Nature Nanotechnologie qu'ils ont utilisé la chimie en solution pour fabriquer des LED infrarouges à partir de nanocristaux, communément appelés points quantiques, en sulfure de plomb.
Leur processus, qui consiste à régler les longueurs d'onde émises en fonction du contrôle de la taille des nanocristaux, pourrait rivaliser avec l'efficace, Mais cher, pratique de la croissance de matériaux semi-conducteurs en utilisant le processus atome par atome connu sous le nom d'épitaxie. Les LED à nanocristaux Cornell sont à peu près aussi lumineuses que les LED épitaxiées, mais ils ont été fabriqués à basse température, traitement basé sur des solutions qui est beaucoup moins cher.
Les LED infrarouges sont généralement constituées de cristaux de matériaux tels que l'arséniure d'indium et de gallium, et ils ne peuvent pas être cultivés sur du silicium en raison de leurs différentes structures cristallines, Sage a expliqué. Jusqu'à présent, il n'existait aucun moyen naturel de fabriquer des matériaux électroluminescents sur du silicium.
Faire circuler les électrons à travers les nanocristaux est un défi majeur, dit sage. L'équipe Cornell l'a fait avec une chimie intelligente :ils ont changé la distance entre les nanocristaux en changeant les molécules sur leurs surfaces. Des chaînes de carbone plus longues ont produit un plus grand espacement, ce qui a considérablement affecté l'efficacité de l'émission lumineuse. Changer la distance entre les nanocristaux d'un demi-nanomètre a rendu les appareils 100 fois plus efficaces, dit sage. Les chercheurs ont trouvé les distances optimales entre les nanocristaux pour que les LED émettent la lumière la plus brillante. Ils ont mesuré ces distances à l'aide de la technologie de diffusion des rayons X fournie par la Cornell High Energy Synchrotron Source (CHESS).
Parce que les LED développées par Cornell ont été fabriquées par traitement de solution, ils peuvent être plus facilement intégrés à d'autres matériaux. Ils pourraient conduire à des avancées telles que la capacité de « peindre » les LED sur du silicium, par exemple. Une telle application prévaudrait dans les interconnexions optiques, remplacer les fils électriques qui sont maintenant un goulot d'étranglement pour la vitesse de la puce informatique moderne. Communication entre puces avec une onde lumineuse, plutôt qu'un fil, devrait révolutionner le traitement de l'information.
Les nanocristaux utilisés par les chercheurs ont suscité l'intérêt des fabricants de cellules photovoltaïques, trop. Une cellule solaire absorbe la lumière et émet des électrons sous forme de courant électrique, qui peut fournir de l'énergie. Les nanocristaux de sulfure de plomb et de séléniure de plomb sont des candidats de premier plan pour remplacer le tellurure de cadmium et d'autres matériaux que l'on trouve aujourd'hui dans les cellules solaires commerciales.
Les co-auteurs de l'article sont Tobias Hanrath, professeur assistant en génie chimique et biomoléculaire, et George Malliaras, anciennement professeur agrégé de science et d'ingénierie des matériaux à Cornell; ainsi que l'ancien associé postdoctoral Liangfeng Sun; étudiants diplômés Joshua J. Choi, David Stachnik et Adam Bartnik (maintenant membre du personnel du Wilson Laboratory); et associé postdoctoral Byung-Ryool Hyun.
Le travail a été soutenu par la National Science Foundation, le KAUST-Cornell Center for Energy and Sustainability, la Fondation de l'État de New York pour la science, Technologie et innovation et ÉCHECS.
