2D led is sterker en efficiënter

De meeste moderne elektronica, van platte TV-schermen en smartphones tot wearable producten en computermonitors, werkt met kleine led’s. Doordat elektronische apparaten kleiner en sneller worden, is er steeds meer vraag naar dergelijke halfgeleiders, die nog kleiner, nog sterker en nog efficiënter zijn. Onderzoekers van de University of Washington hebben nu ‘s-werelds dunste led gebouwd. Hij is gebaseerd op ‘tweedimensionale’ flexibele halfgeleiders zodat hij kan worden gestapeld, of gebruikt in de allerkleinste toepassingen.

“We kunnen de dunst mogelijk led maken: hij is slechts drie atomen dik maar mechanisch toch sterk”, zegt Xiaodong Xu, assistent-professor in materiaalwetenschappen en fysica. “Zulke dunne en buigzame led’s zijn essentieel voor toekomstige draagbare en geïntegreerde elektronische producten. Xu schreef samen met student Jason Ross een artikel over de technologie in Nature Nanotechnology.

In de meeste consumentenelektronica worden driedimensionale led’s gebruikt, maar die zijn 10 tot 20 maal dikker dan het typen dat nu in Washington is ontwikkeld.

“Ze zijn 10 000 maal dunner dan een mensenhaar, maar toch is het licht dat zij uitstralen zichtbaar met standaard meetapparatuur”, aldus Ross. “Dit is een flinke sprong in de miniaturisering en omdat het een halfgeleider is, kun je er ook bijna alles mee doen wat nu mogelijk is met de gangbare, driedimensionale siliciumproducten.”

De nieuwe led is gemaakt van vlakke vellen van de moleculaire halfgeleider wolfraam-diselenide. Dat behoort tot een groep tweedimensionale materialen die kortgeleden zijn erkend als de dunst bekende halfgeleiders. Onderzoekers gebruiken gewoon plakband om een velletje van dat materiaal af te halen van dikke, gelaagde stukken. Deze methode is geïnspireerd op de in 2010 met de Nobelprijs voor fysica bekroonde aanpak om grafeen af te pellen van een stuk grafiet.

Naast de meer gangbare led-toepassingen zou deze technologie ook deuren kunnen openen naar het gebruik van licht als interconnectie in nanoschaal computerchips – in plaats van elektronen. Elektrische verbindingen veroorzaken veel warmte en energieverspilling, met licht zou dat veel efficiënter kunnen.

Het onderzoeksteam werkt aan efficiëntere manieren om deze dunne led’s te vervaardigen. Ook onderzoeken ze wat er gebeurt als tweedimensionale materialen op verschillende manieren worden gestapeld. Bovendien blijkt dat deze materialen op een nieuwe manier reageren op gepolariseerd licht 0 wat nog niet eerder is gezien bij andere materialen.

In de video demonstreren onderzoekers van de universiteit van Washington de techniek om een enkele laag grafeen te isoleren. Met deze simpele techniek, die wereldwijd door wetenschappers wordt gebruikt, kunnen monolagen van diverse materialen worden ‘afgepeld’.