Revolução nos LEDs: Até 1.000 vezes mais brilhantes e... emitindo laser

Redação do Site Inovação Tecnológica - 18/08/2020

Os materiais são os mesmos dos LEDs atuais: tudo o que mudou foi a forma do diodo.
[Imagem: Babak Nikoobakht et al. - 10.1126/sciadv.aba4346 ]

Revolução nos LEDs

Um LED é essencialmente uma célula solar funcionando ao contrário: Enquanto um pega a eletricidade e a utiliza para gerar luz, a outra pega a luz e entrega eletricidade.

Com ambos espalhados por todos os cantos, seria de se presumir que esse componente fosse bem conhecido e tivesse pouca margem para melhorias.

Mas bastou um novo projeto de construção dos diodos emissores de luz (LEDs) para que esses componentes atingissem um aumento dramático no brilho. E não apenas isso, a melhoria agora permite que um LED crie luz laser, uma característica que promete tornar o componente valioso em novas áreas de aplicação.

O novo LED apresentou um aumento no brilho de 100 a 1.000 vezes, dependendo da cor, em relação aos designs convencionais de LED do mesmo tamanho.

"É uma nova arquitetura para fazer LEDs. Nós usamos os mesmos materiais dos LEDs convencionais. A diferença nos nossos é a forma," disse Babak Nikoobakht, do Instituto de Tecnologia e Padronização dos EUA.

A forma que dita o conteúdo

Embora os LEDs tenham inaugurado uma nova era na iluminação, eles têm uma limitação um tanto frustrante: Até certo ponto, alimentar um LED com mais eletricidade faz com que ele brilhe mais intensamente, mas logo o brilho diminui, tornando o LED altamente ineficiente.

Essa "queda da eficiência" impede que os LEDs sejam usados em uma série de aplicações promissoras, desde tecnologias de comunicação até a eliminação de vírus. De fato, a equipe não estava tentando melhorar os LEDs, eles estavam tentando construir LEDs menores para usar no interior de biochips, microlaboratórios capazes de fazer análises clínicas e que prometem simplificar muito os exames médicos.

Nessa busca de miniaturização, eles tentaram substituir o projeto planar, típico dos LEDs atuais, por filamentos estreitos e mais altos, que eles chamam de "barbatanas", o que ilustra bem a aparência das estruturas.

Bastou isso. Foi só ligar o componente de teste para ver que o resultado tinha sido muito superior à intenção inicial.

"Um LED típico de menos de um micrômetro quadrado de área brilha com cerca de 22 nanowatts de potência, mas este pode produzir até 20 microwatts. Isso sugere que o design pode superar a queda de eficiência nos LEDs para fazer fontes de luz mais brilhantes," disse o professor Babak Nikoobakht.

LED laser

E a equipe ainda fez outra descoberta surpreendente enquanto aumentava a corrente em busca da queda de eficiência. Embora o LED inicialmente brilhasse em uma faixa de comprimentos de onda, sua emissão comparativamente ampla acabou diminuindo para dois comprimentos de onda de cor violeta intensa. A explicação ficou clara: o minúsculo LED se tornou um minúsculo laser.

"Converter um LED em laser exige um grande esforço. Geralmente, é necessário acoplar um LED a uma cavidade de ressonância que permite que a luz salte para formar um laser," disse Nikoobakht. "Parece que o design da barbatana pode fazer todo o trabalho sozinho, sem a necessidade de adicionar outra cavidade."

Um laser minúsculo pode ser útil em aplicações em escala de chip, não apenas para detecção química, mas também em produtos de comunicação portáteis de próxima geração, telas de alta definição e desinfecção de patógenos, diz a equipe.

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