LED multicolore? Sì, grazie ai Lantanidi

Presso i laboratori del Forschungszentrum Dresden-Rossendorf è allo studio una particolare tecnica che permette di realizzare LED (Light Emitting Diode- diodo che emette luce) in grado di variare il colore della luce emessa.

Attualmente, infatti, un LED è in grado di emettere luce ad una ben precisa e fissata lunghezza d'onda, ovvero di un solo colore. Lo studio sta evidenziando come superare questo limite impiegando nella realizzazione dei LED elementi chimici conosciuti con il nome di terre rare o Lantanidi.

La struttura del nuovo LED prevede uno strato di silicio semiconduttivo e uno strato di diossido di silicio isolante che insieme vanno a creare una barriera dello spessore di 100 nanometri in grado di ostacolare un eventuale flusso di elettroni. Lo strato di diossido di silicio viene drogato con l'aggiunta di Europio, uno degli elementi chimici facente parte del gruppo dei Lantanidi.

Applicando una differenza di potenziale (realizzando, quindi, un flusso di elettroni) attraverso la barriera descritta sopra si crea una situazione in cui alcuni elettroni, grazie all'effetto tunnel (il principio quantistico secondo cui esiste una possibilità, piccola ma finita, che una particella superi spontaneamente un ostacolo), sono in grado di attraversare la barriera. Quando ciò avviene, gli elettroni in transito urtano contro gli atomi di Europio, che assumono così uno stato energetico eccitato. Gli atomi di Europio tendono poi a ritornare allo stato energetico originario emettendo fotoni, ovvero energia sottoforma di luce.

La particolarità dell'Europio e quella di poter esistere in due stati chimici differenti dipendenti dalla differenza di potenziale applicata. Al variare di quest'ultima l'urto con un elettrone provocherà l'eccitazione sullo stato corrispondente, risultando in due differenti lunghezze d'onda di emissione in rapporto alla tensione: in questo modo sarà possibile ottenere luce blu o rossa a seconda dello stato chimico eccitato. Non solo: ad un particolare valore della differenza di potenziale è inoltre possibile far sì che il LED emetta luce violetta.

In passato è stato condotto un altro studio che ha evidenziato la possibilità di realizzare LED bicolori utilizzando un differente semiconduttore al posto del silicio, il Nitruro di Gallio, e un secondo Lantanide assieme all'Europio, ovvero l'Erbio. Questa tecnica presentava però una serie di inconvenienti: innanzitutto il nitruro di gallio è molto più costoso del silicio ed in secondo luogo l'impiego di due Lantanidi dava luogo ad una difficoltà di realizzazione molto più elevata.

L'impiego di due Lantanidi sembra però essere inevitabile nella prossima fase del progetto, che si prefigge la realizzazione di un LED in grado di variare tra i tre colori primari del modello RGB. Oltre all'Europio, che come abbiamo visto consente l'emissione di luce blu e luce rossa, è ora allo studio l'impiego del Terbio, che una volta eccitato è in grado di emettere luce verde.

L'utilizzo di LED così costruiti potrebbe rivelarsi strategico nella realizzazione di schermi di elevate dimensioni, dove un LED assumerebbe di fatto la funzione di un pixel.

Fonte: NewScientistTech