UC Berkeley ingenjörer har byggt en ljusstrålande enhet som är millimeter bred och helt transparent när den är avstängd. Det ljusemitterande materialet i denna enhet är en enskikts halvledare, som bara är tre atomer tjocka.

Enheten öppnar dörren till osynliga skärmar på väggar och fönster-skärmar som skulle vara ljusa när de slås på men genomskinliga när de stängs av-eller i futuristiska applikationer som t ex tänder tatueringar, enligt forskarna.

"Materialen är så tunna och flexibla att enheten kan göras transparent och kan anpassa sig till böjda ytor, "sade Der-Hsien Lien, en postdoktor vid UC Berkeley och en förste författare tillsammans med Matin Amani och Sujay Desai, både doktorander vid institutionen för elektroteknik och datavetenskap i Berkeley.

Deras studie publicerades 26 mars i tidskriften Naturkommunikation . Arbetet finansierades av National Science Foundation och Department of Energy.

Enheten utvecklades i laboratoriet av Ali Javey, professor i elektroteknik och datavetenskap vid Berkeley. 2015, Javeys lab publicerade forskning i tidskriften Vetenskap visar att enskikts halvledare kan avge starkt ljus, men slutade med att bygga en ljusemitterande enhet. Det nya arbetet i Naturkommunikation övervann grundläggande hinder vid användning av LED -teknik på enskikts halvledare, så att sådana anordningar kan skalas från storlekar som är mindre än bredden på ett människohår upp till flera millimeter. Det betyder att forskare kan hålla tjockleken liten, men gör sidomåtten (bredd och längd) stora, så att ljusintensiteten kan bli hög.

Kommersiella lysdioder består av ett halvledarmaterial som injiceras elektriskt med positiva och negativa laddningar, som producerar ljus när de möts. Vanligtvis, två kontaktpunkter används i en halvledarbaserad ljusemitterande anordning; en för att injicera negativt laddade partiklar och en för att injicera positivt laddade partiklar. Att knyta kontakter som effektivt kan injicera dessa laddningar är en grundläggande utmaning för lysdioder, och det är särskilt utmanande för enskikts halvledare eftersom det finns så lite material att arbeta med.

Berkeley -forskargruppen konstruerade ett sätt att kringgå denna utmaning genom att designa en ny enhet som bara kräver en kontakt på halvledaren. Genom att lägga halvledar -monoskiktet på en isolator och placera elektroder på monoskiktet och under isolatorn, forskarna kunde applicera en växelsignal över isolatorn. Under det ögonblick då växelsignalen växlar sin polaritet från positiv till negativ (och vice versa), både positiva och negativa laddningar är närvarande samtidigt i halvledaren, skapa ljus.

Forskarna visade att denna mekanism fungerar i fyra olika monoskiktsmaterial, som alla avger olika färger av ljus.

Denna enhet är ett bevis på koncept, och mycket forskning återstår, främst för att förbättra effektiviteten. Att mäta enhetens effektivitet är inte enkelt, men forskarna tror att det är cirka 1 procent effektivt. Kommersiella lysdioder har en effektivitet på cirka 25 till 30 procent.

Konceptet kan vara tillämpligt på andra enheter och andra typer av material, enheten kan en dag ha applikationer på ett antal områden där det är motiverat med osynliga displayer. Det kan vara en atomtunn skärm som är präglad på en vägg eller till och med på människans hud.

"Mycket arbete återstår att göra och ett antal utmaningar måste övervinnas för att ytterligare utveckla tekniken för praktiska tillämpningar, "Sa Javey." Men Detta är ett steg framåt genom att presentera en enhetsarkitektur för enkel injicering av båda laddningarna i enskikts halvledare. "