Redação do Site Inovação Tecnológica - 16/04/2019
A cor da luz emitida depende dos pulsos da corrente elétrica que alimenta o LED de camadas atômicas. [Imagem: Matthias Paur et al. - 10.1038/s41467-019-09781-y]
LED de excitons
Um novo tipo de LED demonstrado por físicos da Universidade de Viena, na Áustria, pode emitir qualquer cor de luz.
Para isso, basta ajustar os pulsos de luz que são enviados ao LED para alimentá-lo.
"Nosso sistema de camada luminosa não representa apenas uma ótima oportunidade para estudar excitons, mas também é uma fonte de luz inovadora. Portanto, agora temos um diodo emissor de luz cujo comprimento de onda pode ser especificamente influenciado, e muito facilmente, simplesmente mudando a forma do pulso elétrico aplicado," resume Matthias Paur, idealizador do novo LED.
Os excitons aos quais Paur se refere são quasipartículas formadas pelo acoplamento de uma carga negativa (um elétron) com uma carga positiva (uma lacuna), no interior de um material sólido.
"Sob certas circunstâncias, lacunas e elétrons podem se unir. Da mesma forma que um elétron orbita o núcleo atômico positivamente carregado em um átomo de hidrogênio, um elétron pode orbitar a lacuna carregada positivamente em um objeto sólido," explica o professor Thomas Mueller.
Se o par permanece ligado pela atração de suas forças, mas sem se mesclar, forma-se o exciton. Mas não precisam ser apenas dois. Estados de ligação ainda mais complexos são possíveis, formando trions, biexcitons ou quintons, que envolvem três, quatro ou cinco parceiros de ligação.
O que é importante neste caso é que, quando finalmente um elétron e uma lacuna se recombinam, é emitido um pulso de luz.
Criado um laser que emite múltiplas cores
Estrutura e micrografia do LED emitindo luz. [Imagem: Matthias Paur et al. - 10.1038/s41467-019-09781-y]
LED de cor ajustável
O LED é uma estrutura de camadas monoatômicas montadas na forma de um sanduíche, consistindo de uma camada de disseleneto de tungstênio ou de dissulfeto de tungstênio circundada por duas camadas de nitreto de boro. A energia elétrica entra neste sistema de camadas ultrafinas por meio de dois eletrodos de grafeno.
Dependendo da forma e da intensidade dos pulsos da corrente elétrica que entram no sistema, formam-se diferentes complexos de excitons, sendo que cada um deles produz fótons em um comprimento de onda - uma cor - específico. Assim, basta controlar a entrada elétrica para determinar que cor o LED produzirá - e uma cor muito pura.
"Ajustando os parâmetros do pulso, podemos ajustar a intensidade de emissão das diferentes espécies de excitons em ambos os materiais. Constatamos que a eletroluminescência de biexcitons carregados e excitons escuros é tão estreita quanto 2,8 meV," escreveu a equipe.
Embora tudo tenha funcionado a temperatura ambiente, a passagem deste experimento de laboratório para um LED comercial deverá consumir alguns anos de desenvolvimento.
Excitons fazem ponte entre computação eletrônica e comunicação óptica
Electroluminescence from multi-particle exciton complexes in transition metal dichalcogenide semiconductors
Matthias Paur, Aday J. Molina-Mendoza, Rudolf Bratschitsch, Kenji Watanabe, Takashi Taniguchi, Thomas Mueller