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o scorso anno, il premio No-

bel per la fisica è stato asse-

gnato a tre ricercatori giappo-

nesi, Isamu Akasaki, Hiroshi

Amano e Shuji Nakamura, per

il loro contributo alla realizza-

zione dei LED ad alta lumino-

sità che stanno rivoluzionan-

do il mondo dell’illuminazione.

Nel corso della

‘Nobel Lecture ’

che si tiene tradizionalmente

dopo la consegna del premio,

Shuji Nakamura ha ripercorso

i vari passi dell’evoluzione tec-

nologica che ha permesso di

innalzare i rendimenti dei LED

in luce bianca al punto tale

da renderli idonei all’impiego

in ambito illuminotecnico. Ad

essere oltremodo interessan-

te è stata l’ultima slide della

sua presentazione: “Il bianco

dei LED è ottimo, ma il bian-

co del laser è ancora meglio!”.

Nakamura ha brevemente ac-

cennato alle ricerche in atto

presso la

UCSB (University of California Santa Barbara)

per produrre luce bianca per

mezzo di una striscia di fosfo-

ri illuminata da luce laser blu.

Con questa tecnologia, l’e-

quivalente di una lampada a

incandescenza da 60 W (che

richiederebbe 28 mm

in for-

ma di LED) occuperebbe solo

0.3 mm

sul die.

L’approccio adottato dai ricer-

catori in UCSB è un adatta-

mento dell’attuale tecnologia

LED: la luce blu generata dal

laser viene diretta su un’op-

portuna combinazione di fo-

sfori per essere convertita in

componenti a risultante bian-

ca (per l’occhio umano).

Ma questo non è l’unico modo

per produrre luce laser bian-

ca: già nel 2011, i ricercatori

dei

Sandia National Labs

ave-

vano ottenuto luce di elevata

qualità cromatica mescolan-

do fasci di diversa lunghezza

d’onda provenienti da quattro

diversi diodi laser. Una dimo-

strazione di principio, questa,

che ha permesso di verificare

che la luce prodotta dai laser

può essere impiegata nell’illu-

minazione di ambienti.

Quello che ancora mancava

era un dispositivo monoliti-

co in grado di produrre luce

bianca in maniera ‘nativa’,

ossia senza dover ricorrere

a sorgenti multiple o a una

conversione per mezzo di fo-

sfori. Si tratta di un problema

di non facile risoluzione per-

ché per generare le diverse

lunghezze d’onda necessa-

rie servono combinazioni di

materiali semiconduttori con

passi reticolari così diversi tra

loro da comportare un’ecces-

siva introduzione di difetti nel

reticolo cristallino.

Nell’articolo

“ A monolithic whi- te laser ”

, pubblicato lo scorso

27 luglio su

Nature Nano- technology ,

i ricercatori dell

’ A- rizona State

hanno illustrato

una promettente soluzione a

questo problema realizzando

un singolo dispositivo monoliti-

co a semiconduttore capace di

produrre luce laser in grado di

coprire l’intero spettro visibile.

A rendere possibile tutto ciò

è stata un’innovativa tecno-

logia di accrescimento dei

nanomateriali che permette

di controllare in maniera indi-

pendente la composizione, la

morfologia e, di conseguenza,

i gap interbanda di una lega

quaternaria di zinco, cadmio,

zolfo e selenio (ZnCdSSe). Il

cuore del dispositivo è costi-

tuito da uno strato nanome-

trico di tale lega, suddiviso in

segmenti dotati di diverse pro-

prietà ma comunque in grado

di coesistere tra loro senza

introdurre eccessivi difetti re-

ticolari. I segmenti con una

maggior percentuale di cad-

mio e selenio emettono luce

rossa, quelli con predomi-

nanza di cadmio e zolfo luce

verde, e quelli ricchi di zinco

e zolfo luce blu. Modulando

opportunamente l’emissione

di ciascun segmento diventa

possibile coprire circa il 90%

dello spettro visibile, ossia

oltre il 70% di colori in più

rispetto alle soluzioni di uso

tradizionale. L’intervallo di lun-

ghezze d’onda generabili è di

191 nm, ossia circa due terzi

della larghezza di banda dello

spettro visibile. Combinando

tra loro le diverse componenti

si produce infine luce bianca.

Il prototipo realizzato all’Uni-

versità dell’Arizona è comun-

que solo una prova di prin-

cipio, in quanto al momento

richiede una sorgente laser

esterna per l’illuminazione

della nanostriscia ZnCdSSe.

Rimane comunque il fatto

che è stata aperta una nuova

strada – quanto percorribile

sarà solo il tempo a stabilirlo

– verso una nuova concezio-

ne dell’illuminazione allo stato

solido.

EON

ews

589

settembre

2015

assimo

iussani

erza

agina

Realizzato il primo laser a semiconduttore

monolitico in grado di emettere luce bianca

Laser,

il futuro

dell’illuminazione

Fonte:

Arizona State

University