Thiết bị phát sáng kích thước nguyên tử này sẽ mở ra khả năng tạo ra màn hình "vô hình"

Thiết bị này sẽ mở ra cánh cửa để sản xuất các loại màn hình vô hình gắn trên tường hoặc cửa sổ - loại màn hình sáng lên khi khởi động, nhưng ngay lập tức trở nên trong suốt khi tắt đi, hay ứng dụng trong những thứ khác như hình xăm phát sáng chẳng hạn.

"Vật liệu này rất mỏng và dẻo đến nỗi có thể giúp thiết bị trở nên trong suốt và uốn lượn theo các bề mặt cong" - Der-Hsien Lien, tiến sỹ tại Đại học Berkeley và đồng tác giả nghiên cứu cho biết.

Nghiên cứu của tiến sỹ Lien cùng hai tiến sỹ khác là Matin Amani và Sujay Desi đã được xuất bản trên tạp chí Nature Communications hôm 26/3 vừa qua. Nghiên cứu được tài trợ bởi Tổ chức Khoa học Quốc gia và Khoa Năng lượng Đại học Berkeley.

Thiết bị mà chúng ta đang nói ở đây được phát triển trong phòng thí nghiệm của Ali Javey - giáo sư ngành Kỹ sư Điện và Khoa học Máy tính tại Berkeley. Năm 2015, phòng thí nghiệm của Javey đã xuất bản một nghiên cứu trên tạp chí Science cho thấy các bán dẫn đơn lớp có khả năng phát ra ánh sáng, nhưng nghiên cứu trước đây đã dừng lại mà chưa thể phát triển được một thiết bị phát sáng nào. Nghiên cứu mới này đã vượt qua được những rào cản công nghẹ khi ứng dụng công nghệ LED trên các bán dẫn đơn lớp, cho phép các thiết bị như vậy có thể thay đổi kích cỡ nhỏ hơn cả bề rộng một sợi tóc con người đến vài milimet. Có nghĩa là, các nhà nghiên cứu có thể tạo các thiết bị với độ dày rất nhỏ, nhưng có bề rộng và dài lớn để cường độ ánh sáng trở nên mạnh hơn.

Đây là thiết bị đang nói đến trong bài. Hai que nhỏ kia sẽ truyền vào thiết bị các luồng điện âm và dương vào thiết bị - chính là phần trong suốt nằm bên dưới hình ảnh nhà thờ - và làm nó phát sáng

Các đèn LED thương mại được cấu thành bởi một loại vật liệu bán dẫn mà khi được truyền vào các dòng điện âm và dương sẽ tạo ra ánh sáng. Thông thường, sẽ có hai điểm tiếp xúc trên một thiết bị phát sáng cấu tạo từ bán dẫn: một điểm dùng để truyền các hạt điện âm và một điểm dùng để truyền các hạt điện dương. Việc tạo ra các điểm tiếp xúc có thể truyền các dòng điện kia một cách hiệu quả là một thử thách lớn đối với các đèn LED, và đối với các bán dẫn đơn lớp thì càng khó khăn hơn bởi có quá ít vật liệu để phục vụ việc truyền dẫn.

Nhóm nghiên cứu Berkeley đã tạo ra một phương thức để vượt qua thách thức này bằng cách thiết kế một thiết bị mới chỉ cần một điểm tiếp xúc trên mỗi bán dẫn. Để làm điều này, họ đã đặt bán dẫn đơn lớp trên một lớp cách điện, và đặt các điện cực lên lớp đơn kia bên dưới lớp cách điện; từ đó, các nhà nghiên cứu đã có thể tuyền được một tín hiệu AC xuyên qua lớp cách điện. Trong khoảnh khắc tín hiệu AC chuyển cực từ dương sang âm (và ngược lại), cả các dòng điện dương và âm vào thời điểm đó đều hiện diện trên bán dẫn và tạo ra ánh sáng.

Các nhà nghiên cứu đã cho thấy cơ chế này có thể hoạt động trên 4 loại vật liệu đơn lớp khác nhau, tất cả chúng đều có thể phát ra ánh sáng nhưng với màu sắc khác nhau.

Thiết bị mới này chỉ mang tính chất biểu diễn, và còn rất nhiều điều còn phải nghiên cứu tiếp, chủ yếu là để cải thiện tính hiệu quả. Việc đánh giá tính hiệu quả này không đơn giản, nhưng các nhà nghiên cứu cho rằng tính hiệu quả của thiết bị này vào khoảng 1%, trong khi đối với các đèn LED thương mại thì con số này rơi vào khoảng 25 - 30%.

Ý tưởng về thiết bị này có thể được ứng dụng lên các thiết bị khác và các loại vật liệu khác, và bản thân thiết bị trong tương lai sẽ có nhiều ứng dụng trên nhiều lĩnh vực cần đến các màn hình vô hình. Ví dụ: một loại màn hình mỏng cỡ nguyên tử dính trên tường hay thậm chí là trên da con người.

"Còn rất nhiều việc phải làm, và nhiều thách thức cần vượt qua để cải tiến công nghệ này và mang nó vào ứng dụng thực tiễn" - Javey nói - "Tuy nhiên, đây là một bước tiến đáng kể khi đã giới thiệu được một kiến trúc thiết bị dùng để dễ dàng truyền cả hai loại dòng điện vào các bán dẫn đơn lớp".

Tham khảo: ScienceDaily