Wetenschappers uit James Hone’s groep in Columbia engineering, een team uit Columbia, de Nationale Universiteit van Seoul (SNU) en het Koreaanse onderzoeksinstituut voor standaard en wetenschap meldden dat ze voor het eerst een zichtbare emitterende lichtbron op een chip demonstreerden – via het gebruik van grafeen, een atomaire plak koolstof.
De wetenschappers hechtten strookjes grafeen aan metaalelektroden, met de strookjes opgehangen boven het substraat (silicium), en joegen dan stroom door de (grafeen) filamenten om deze op temperatuur te brengen.
“Wat we in feite hebben gemaakt is ’s werelds dunste gloeilamp,” vertelde James Hone, van de Columbia University in New York in een verklaring nadat het artikel verscheen op de website van Nature Nanotechnology.
“Dit nieuwe type ‘breedband’ lichtstraler kan geïntegreerd worden in chips en zal de weg vrijmaken voor de realisatie van atomair dunne, flexibele en transparante displays en grafeengebaseerde chips voor optische communicatie.”
Wetenschappers zijn al een tijdje op zoek om ‘minuscule lampen’ op een chip te plaatsen, om dergelijke fotonische circuits te realiseren, die licht voeren in plaats van elektrische stroom.
Lichtemissie verwerven in kleine structuren op het oppervlak van een chip is cruciaal voor de ontwikkeling van volledig geïntegreerde fotonische circuits, die met licht doen wat nu wordt gedaan met elektrische stromen in halfgeleider geïntegreerde schakelingen.
Door het spectra te meten van het licht dat afkomstig is van het grafeen was het team in staat om aan te tonen dat het grafeen temperaturen van over de 2500 graden Celsius bereikte, heet genoeg om lumineus te gloeien.
“Het zichtbare licht van het atoomdunne grafeen is zo intens dat het zichtbaar is met het blote oog, zonder enige vergroting”, sprak Young Duck Kim, coauteur van het werk.
Het vermogen van grafeen om zulke temperaturen te bereiken zonder het substraat of de metaalelektroden te smelten is te danken aan een andere interessante eigenschap: Naarmate het opwarmt wordt grafeen een slechtere geleider van warmte. De hoge temperaturen blijven beperkt tot een ‘hete plek’ in het midden.
“Bij de hoogste temperaturen is de elektronentemperatuur veel hoger dan die van akoestische trillingsmodes van het grafeenrooster, waardoor minder energie nodig is voor temperaturen die nodig zijn om zichtbare lichtemissie te bereiken” merkt Myung-Ho Bae, onderzoeker bij KRISS en coauteur.
De unieke thermische eigenschappen laten toe om het grafeen op te warmen tot de helft van de temperatuur van de zon, en de efficiëntie 1000 keer te verbeteren, in vergelijking met grafeen op een solide ondergrond.
Yun Daniel Park, professor in departement natuurkunde en astronomie aan SNU en coauteur, merkt op dat ze werken met exact hetzelfde materiaal dat Thomas Edison gebruikte toen hij de gloeilamp uitvond, :
“Edison gebruikte oorspronkelijk koolstof als gloeidraad voor zijn gloeilamp en hier zijn we weer terug bij hetzelfde element, maar door het te gebruiken in zijn zuivere vorm – grafeen – en gelimiteerd op grootte – één atoom dik. ”
Bron: Phys.org
Foto: Young Duck Kim/Columbia