Unas nanoestructuras combinadas con un semiconductor de nitruro de indio (InN) podrían mejorar la eficiencia de los LED, en particular en el espectro del verde, donde la productividad normalmente cae en picado.

Investigadores de la Universidad de Michigan realizaron pruebas en el Centro Nacional de Investigación de Computación Científica del Departamento de Energía de EE.UU utilizando la supercomputadora Cray XC30. Descubrieron que un semiconductor, que tradicionalmente emite radiación IR, también puede emitir luz verde cuando su tamaño se reduce a alambres de 1 nanómetro de ancho.

«Si podemos conseguir luz verde al comprimir los electrones en este alambre a escala de un nanómetro, entonces podemos conseguir otros colores mediante la adaptación de la anchura del alambre», dijo Emmanouil Kioupakis , el profesor de física de Michigan quien realizó el estudio con Dylan Bayerl.

Estas nanoestructuras podrían ser adaptadas para emitir luz de diferentes colores mediante la variación de su tamaño. Esto podría conducir a una iluminación blanca de aspecto más natural, evitando algunas de las perdidas de eficiencia que normalmente se dan con los LED actuales de mayor potencia.

En el estudio, la banda prohibida de las nanoestructuras se incrementó, lo que demuestra que la luz verde se podría producir con una energía de 2,3 eV. Las fluctuaciones de composición a nanoescala, que contribuyen a la ineficiencia en los LED verdes basados en aleaciones de nitruro, se podrían eliminar con la utilización de nitruro de indio InN puro.

«Nuestro trabajo sugiere que el nitruro de indio InN en el rango de tamaño de unos pocos nanómetros ofrece un enfoque prometedor para la ingeniería eficiente de emisión de luz visible con longitudes de onda a medida», dijo Kioupakis. Un alambre más ancho debería emitir amarillo, naranja o rojo, añadió, mientras que un alambre más estrecho debería resultar en índigo o violeta.

Mediante la mezcla de LED rojos, verdes y azules, los investigadores dijeron que han sido capaces de adaptar la luz blanca «a tonos más cálidos y agradables». Estas luces directas de LED serían más eficientes, y el color de la luz producida podría incluso sintonizarse para momentos concretos del día o ciertas actividades.

Las nanoestructuras y nanomateriales esencialmente podrían alojar los LED en matrices de nanoalambres, puntos o cristales. La utilización de nanoalambres para producir LED también elimina el problema de desacoplamiento de retícula un fenómeno común con los dispositivos de capas y, a su vez, aumenta la eficiencia.

«Cuando los dos materiales no tienen la misma distancia entre sus átomos y haces crecer al uno sobre el otro, ejercen presión sobre la estructura, lo que separa aun más los huecos y electrones, haciendo que sea menos probable que se recombinen y emitan luz«, dijo Kioupakis .

Los investigadores también tienen previsto estudiar el fuerte confinamiento cuántico de los nanoalambres lo que podría contribuir a la eficiencia del LED al permitir un acercamiento de los huecos y electrones. Según explica Kioupakis «Acercar los huecos y electrones en las nanoestructuras aumenta su atracción mutua y aumenta la probabilidad de que se recombinen y emitan luz”.

Este trabajo de investigación ha sido financiado como parte del programa del Centro para Conversión de Energía Solar  y Térmica entidad del Energy Frontier Research Center , financiado por la Oficina de Ciencia del Departamento de Energía de EE.UU. La investigación fue publicada en la revista Nano Letters.  

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