Nanofogli di silicio emettono luce



Un nanofoglio di silicio bidimensionale.
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icercatori coreani hanno sviluppato nanofogli di silicio 2-D con emissioni sintonizzabili di luce visibile.

Varie università coreane sono riuscite a sviluppare un nanofoglio (nanosheet) di silicio bidimensionale che è in grado di emettere luce, aprendo la porta per un utilizzo futuro della tecnologia in dispositivi ottici quali lampadine o sensori di luce.

La Fondazione nazionale della ricerca (National Research Foundation) della Corea ha dichiarato il 9 luglio 2014 che un gruppo composto da ricercatori provenienti dall’Università Yonsei, dall’Università Pohang di Scienza e Tecnologia e dall'Istituto coreano di Scienza e Tecnologia ha sviluppato sottili nanofogli di silicio tipo scheda che possono emettere luce in uno dei tre colori primari: rosso, verde e blu.

Più luce a meno

Anche se il valore del silicio come semiconduttore è evidenziato dal suo uso dominante nel settore dell'elettronica, non si era finora mai scoperto che emettesse luce, impedendo così in precedenza le sue applicazioni per dispositivi ottici come schermi, illuminazione e sensori.

In passato, i ricercatori hanno spesso formato il silicio in particelle larghe 1 nanometro per cercare di ottenere luce dall'elemento, ma a causa delle piccole dimensioni della gamma di lunghezze d'onda, è stato dimostrato che la forma delle particelle produceva una minore efficienza in termini di emissione di luce. Tentando di risolvere questo problema, il team di ricerca ha prodotto un foglio di silicio dello spessore di 1 nanometro utilizzando un processo modellato sulla creazione dei cristalli di neve.

Quando i nanofogli di silicio saranno posti in commercio, il silicio a basso prezzo sostituirà i composti chimici costosi attualmente utilizzati come dispositivi ottici.

Choi Heon-jin ha detto all’agenzia Yonhap News: "Siamo in grado di controllare i colori della luce regolando lo spessore delle lastre di silicio, e quindi di produrre luce bianca, combinandole,". Secondo Choi, questo recente sviluppo, e cioè che il silicio possa avere funzionalità aggiuntive e che i ricercatori potrebbero cambiare con successo il suo modello, apre la strada a uno sviluppo futuro di dispositivi ottici basati sul silicio.

Limitata a poche sostanze, la crescita spontanea dei materiali 2-D atomici è nota tra la comunità scientifica per essere difficile e, per molte sostanze, senza precedenti. Il perseguimento di un nanofoglio basato sul silicio è diventato interessante quando si è notato che la forma 2-D del silicio, nota anche come silicene, mostrava una struttura esagonale simile al grafene, una sostanza bidimensionale molto utile.

Secondo lo studio, “Two-Dimensionally Grown Single-Crystal Silicon Nanosheets with Tunable Visible-Light Emissions” (Nanofogli di silicio monocristallino con emissioni di luce sintonizzabili), i ricercatori sono stati in grado di riferire “la crescita bidimensionale del silicio (Si) in fase gassosa, che è cubica in simmetria, via crescita dendritica e un meccanismo di riempimento interdendritico”. I risultati di questo approccio (e il cambiamento nel modello) sono stati dei nanofogli a base di silicio misurati a diversi spessori, compresi tra 1 e 13 nm.

Uno sguardo al futuro

Oltre alla creazione di emissioni luminose fotoluminescenti RGB che creano luce per il rilascio di fotoni, i ricercatori sono anche riusciti a usare i nanofogli a base di silicio per produrre emissioni elettroluminescenti, o quelle derivate dal passaggio di una corrente elettrica. Utilizzando un semplice diodo organico emettitore di luce (OLED), che differisce da un LED a causa della natura a base di carbonio del suo strato emettitore attivo, il team è stato in grado di produrre luce azionata elettricamente in due colori: blu e bianco.

Rispondendo a questa scoperta, i ricercatori hanno sottolineato che, "emissioni di luce sintonizzabili nella gamma visibile nelle nostre osservazioni suggeriscono implicazioni pratiche per una nuova nanofotonica 2-D a base di silicio", sottolineando che la sintonizzazione - cioè la capacità di variare i colori in base allo spessore del foglio - è un aspetto cruciale delle future applicazioni del lavoro.

La Fondazione nazionale della ricerca della Corea ha detto che lo studio è stato pubblicato il 23 maggio 2014 sul numero digitale della rivista ACS Nano della American Chemical Society ed è stato sostenuto dal Ministero della Scienza, ICT e pianificazione futura.

I ricercatori hanno concluso che “la crescita dei nanofogli a base di silicio dimostra la fattibilità di sintetizzare nanomateriali bidimensionali da materiali non stratificati, isotropicamente strutturati”. Questi sviluppi offrono una speranza per il futuro dell’optoelettronica, un futuro che i ricercatori locali sperano di continuare a rivoluzionare.


Tratto dall’articolo “Let There Be Light” pubblicato alle pagine 38-39 del numero di settembre 2014 della rivista KOREA. Testo di Sohn Tae-soo.

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© Valerio Anselmo