La conception du pixel LED à ailettes comprend l'ailette en oxyde de zinc rougeoyante (violet), le matériau diélectrique isolant (vert) et le contact métallique (jaune au sommet du vert).  Les ailettes microscopiques, que l'équipe de recherche a disposées en réseaux en forme de peigne, montrent une augmentation de la luminosité de 100 à 1000 fois par rapport aux conceptions LED conventionnelles de taille submicronique.

Les scientifiques du NIST construisent une meilleure LED à l’échelle nanométrique

Une équipe de chercheurs du National Institute of Science and Technology (NIST), de l’Université du Maryland, du Rensselaer Polytechnic Institute et de l’IBM Thomas J. Watson Research Center a entrepris de créer une diode électroluminescente (LED) destinée aux petites applications, comme le des scientifiques de la technologie de laboratoire sur puce au NIST et ailleurs se poursuivent.

Au lieu de cela, ils ont trouvé une solution au problème du ralentissement de l’efficacité des LED. Il semble que les LED aient une limitation qui frustrent les concepteurs depuis longtemps. Donner plus d’électricité à une LED la rend plus brillante, mais la luminosité diminue rapidement, ce qui rend la LED très inefficace. Cette baisse s’appelle (vous l’avez deviné) la baisse d’efficacité. Il empêche les LED d’être utiles dans plusieurs applications prometteuses, de la technologie des communications à l’élimination des virus.

«C’est une nouvelle architecture pour fabriquer des LED», a déclaré Babak Nikoobakht du NIST, qui a conçu le nouveau design. «Nous utilisons les mêmes matériaux que les LED conventionnelles. Mais la nôtre utilise une forme différente.

«Nous avons vu une opportunité dans les ailerons, car je pensais que leur forme allongée et leurs grandes facettes latérales pourraient recevoir plus de courant électrique», explique Nikoobakht. «Au début, nous voulions simplement mesurer ce que le nouveau design pourrait prendre. Nous avons commencé à augmenter le courant et avons pensé que nous allions le conduire jusqu’à ce qu’il s’éteigne, mais il ne cessait de devenir plus lumineux.

La conception du pixel LED à ailettes comprend l’ailette en oxyde de zinc rougeoyante (violet), le matériau diélectrique isolant (vert) et le contact métallique (jaune au sommet du vert). Les ailettes microscopiques, que l’équipe de recherche a disposées en réseaux en forme de peigne, montrent une augmentation de la luminosité de 100 à 1000 fois par rapport aux conceptions LED conventionnelles de taille submicronique.

L’appareil a montré une augmentation de la luminosité ou de la puissance de 100 à 1000 fois par rapport aux minuscules LED conventionnelles de taille submicronique et aux longueurs d’onde émises à cheval sur la frontière entre le violet et l’ultraviolet.

Nikoobakht caractérise le résultat comme une découverte fondamentale importante. «Une LED typique d’une superficie inférieure à un micromètre carré brille avec environ 22 nanowatts de puissance, mais celle-ci peut produire jusqu’à 20 microwatts», explique-t-il. «Cela suggère que la conception peut surmonter le ralentissement de l’efficacité des LED pour créer des sources de lumière plus brillantes.»

«C’est l’une des solutions les plus efficaces que j’ai vues», a déclaré Grigory Simin, professeur de génie électrique à l’Université de Caroline du Sud qui n’était pas impliqué dans le projet. «La communauté travaille depuis des années pour améliorer l’efficacité des LED, et d’autres approches présentent souvent des problèmes techniques lorsqu’elles sont appliquées aux LED de longueur d’onde submicrométrique. Cette approche fait bien le travail. »

L’équipe a fait une autre découverte surprenante lorsqu’elle augmentait le courant. La LED émettait une gamme de longueurs d’onde au début, mais ses émissions se sont finalement réduites à deux longueurs d’onde de violet intense. L’explication est devenue claire: la minuscule LED des chercheurs était devenue un minuscule laser.

«La conversion d’une LED en laser demande beaucoup d’efforts. Cela nécessite généralement de coupler une LED à une cavité de résonance qui permet à la lumière de rebondir pour créer un laser », explique Nikoobakht. «Il semble que la conception des ailettes fait tout le travail d’elle-même, sans avoir besoin d’ajouter une autre cavité.»

Un petit laser serait essentiel pour les applications à l’échelle de la puce non seulement pour la détection chimique, mais aussi pour les communications portables de nouvelle génération, les écrans haute définition et même la désinfection.

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