Ingenieros de la Universidad de Berkeley han construido un dispositivo emisor de luz brillante de escasos milímetros y que es completamente transparente cuando está apagado. El material se trata de un semiconductor monocapa, con solo 3 átomos de grosor.
El dispositivo abre el camino a la creación de pantallas invisibles en paredes y ventanas (que estarían iluminadas cuando se enciende pero transparentes cuando están apagadas) o en aplicaciones más futuristas como tatuajes que emiten luz.
“Los materiales son tan delgados y flexibles que el dispositivo puede hacerse transparente y adaptarse perfectamente a superficies curvas” dijo Der-Hsien Lien, becario postdoctoral en UC Berkeley y coautor del estudio junto con Matin Amani y Sujay Desai, ambos estudiantes de doctorado en el Departamento de Ingeniería Eléctrica y Ciencias de la Computación en Berkeley.
INVESTIGACIÓN Y DESARROLLO DEL DISPOSITIVO
El dispositivo fue desarrollado en el laboratorio de Ali Javey, profesor de Ingeniería Eléctrica y Ciencias de la Computación de Berkley. En 2015, el laboratorio de Javey publicó una investigación en la revista Science mostrando como los semiconductores monocapa son capaces de emitir luz brillante, pero no llegaron a construir un dispositivo emisor de luz. El nuevo trabajo en Nature Comunnications superó todas las expectativas al utilizar tecnología LED en semiconductores monocapa, permitiendo que dichos dispositivos se puedan escalar desde tamaños tan pequeños como el ancho de un cabello humano hasta varios milímetros. Esto posibilita que los investigadores pueden mantener un grosor muy pequeño, pero hacer las dimensiones laterales (ancho y largo) más grandes, para que la intensidad de luz sea mayor.
Los LED comerciales se basan en un material semiconductor que se inyecta eléctricamente con cargas positivas y negativas, produciendo luz cuando estas se encuentran. Normalmente, se usan dos puntos de contacto en un dispositivo emisor de luz basado en semiconductores; uno para inyectar partículas cargadas negativamente y otra para inyectar partículas con carga positiva. Hacer los contactos para que se puedan inyectar de forma eficiente estas cargas, es un desafío fundamental para los LED, y es particularmente complejo para los semiconductores monocapa, ya que hay muy poco material con el que trabajar.
El equipo de ingenieros de Berkley logró sortear todos estos desafíos mediante el diseño de un nuevo dispositivo que solo requiere un contacto en el semiconductor. Al colocar la monocapa semiconductora en un aislador y situando electrodos en la monocapa y debajo de aislador, los investigadores pudieron aplicar una señal de corriente alterna a través del aislador. Durante el momento en que la señal de Corriente Alterna cambia su polaridad de positivo a negativo (y viceversa), tanto las cargas positivas como negativas están presentes al mismo tiempo en el semiconductor, creando LUZ.
Los investigadores demostraron que este mecanismo funciona en cuatro materiales monocapa diferentes, todos los cuales emiten diferentes colores de luz.
Este dispositivo en una prueba de concepto, y todavía queda mucha investigación, principalmente para mejorar la eficiencia. Medir la eficiencia de este dispositivo no es sencillo, pero los investigadores creen que es de aproximadamente un 1%. Los LED comerciales tiene eficiencias de alrededor del 25-30%.
El concepto puede ser aplicable a otros dispositivos y otros tipos de materiales, pudiendo tener aplicación en múltiples campos donde es necesario tener una pantalla invisible. Podría ser una pantalla atómicamente delgada que esté impresa en una pared o incluso en la piel humana.
“Aún queda mucho por hacer y es necesario superar una serie de desafíos para avanzara aún más la tecnología para su utilización en aplicaciones prácticas”, dijo Javey. “Sin embargo, esto es un paso adelante al presentar una arquitectura de dispositivo que facilita la inyección de ambas cargas en semiconductores monocapa”
El estudio fue publicado el pasado mes de Marzo en la revista científica NATURE COMMUNICATIONS. El trabajo fue financiado por la “National Sciencie Foundation” y el Departamento de Energía de los Estados Unidos.
