Porotech mette in mostra il potere della scienza dei materiali a colori

Allora come è nata Porotech?

Tutto è partito da un progetto di ricerca nel Centro di Cambridge per il nitruro di gallio. Stavo lavorando su sorgenti a singolo fotone per la comunicazione quantistica, cercando di creare microcavità per migliorare l'accoppiamento tra l'emettitore e la cavità. Probabilmente il componente di microcavità più semplice è a Specchio di Bragg, ma per renderlo riflettente è necessario ottenere un contrasto dell'indice di rifrazione tra i diversi strati.

Potevamo ottenere la riflettività con il nitruro di gallio, ma i difetti, che non si possono aggirare, ostacolavano le prestazioni del dispositivo. Quindi abbiamo sfruttato alcune delle dislocazioni intrinseche, che sono un difetto strutturale comune. Usando la chimica umida, abbiamo formato una matrice di composito poroso tra nitruro di gallio e aria. Ciò mescola l'indice di rifrazione del nitruro di gallio e dell'aria, producendo un parametro molto più ampio per regolare le proprietà ottiche.

Dopo aver seguito alcuni corsi di business, sviluppato un business plan e averlo criticato, eravamo abbastanza fiduciosi da uscire dall'università e commercializzare la nostra idea

Abbiamo realizzato le sorgenti a singolo fotone più performanti nello spettro blu, ma ovviamente questa riflettività è vantaggiosa anche per tutti i tipi di optoelettronica. Per realizzare un diodo a emissione di luce (LED), è necessario che lo specchio inferiore rifletta la luce e quindi sia in grado di estrarre il fotone. L'abbiamo testato e ha funzionato magnificamente. Dopo aver seguito alcuni corsi di business, sviluppato un business plan e averlo criticato, eravamo abbastanza fiduciosi da uscire dall'università e commercializzare la nostra idea.

Hai vinto un Premio per l'avvio di impresa dall'Istituto di Fisica nel 2022 per aver realizzato un LED rosso al nitruro di indio e gallio. Qual è stata la sfida più grande per quell'innovazione e come l'hai superata?

Il rosso non è così difficile da ottenere con altri materiali, come il fosfuro di gallio o l'arseniuro di gallio. Sulla carta dovrebbe essere realizzabile anche con nitruro di gallio, in termini di band gap definiti dal materiale. Ma i difetti sono un problema: mentre si passa dal blu al verde e poi a lunghezze d'onda ancora maggiori, è necessario inserire più indio nell'area di emissione della luce, il che rende i pozzi quantici più spessi.

E il problema con il nitruro di gallio rispetto a molti altri semiconduttori composti è che la discrepanza dei parametri del reticolo è enorme tra le diverse leghe. Quindi si ottiene molta tensione e, se non adeguatamente alleviata, si incorreranno in molti difetti che ostacoleranno le prestazioni del LED. Se aggiungi più atomi di indio, c'è anche il rischio di separazione di fase, dove rimarranno solo come piastrine metalliche piuttosto che formare materiali cristallini.

Quindi costruiamo sopra questa bellissima architettura porosa in modo da poter manipolare le proprietà ottiche e meccaniche del materiale. Possiamo effettivamente modificare la proprietà meccanica e ingrandire il parametro del reticolo in modo semplice in modo che possa essere maggiormente abbinato all'area di emissione della luce, la regione ad alto contenuto di indio che stiamo cercando di costruire sopra. Più corrispondenza possiamo ottenere, meno problemi incontreremo nell'area di emissione della luce.

Quali sono le implicazioni di avere un LED rosso al nitruro di indio e gallio insieme a quelli verdi e blu?

Il blu e il verde hanno già molto successo e si sono affermati utilizzando il nitruro di gallio, ma attualmente l'industria ha dovuto utilizzare altre fonti come l'arseniuro di gallio per il rosso. È davvero costoso, sia in termini di spese in conto capitale che di produttività. Inoltre, la miscelazione di materiali diversi riduce sostanzialmente la resa e, di conseguenza, anche il tasso di adozione. Ottenere tutti i colori da un unico materiale significa che possiamo utilizzare la catena di fornitura esistente per la produzione di blu e verde e utilizzarli anche per generare il rosso, senza ulteriori spese in conto capitale o complicazioni con il flusso di lavorazione.

Hai anche realizzato emettitori di lunghezza d'onda sintonizzabili, ciò che chiami DynamicPixelTuning®. Come funzionano e alterano l'immagine che hai appena descritto?

In un certo senso è stato un incidente. Estendendo la capacità di lunghezza d'onda del nitruro di gallio al rosso, abbiamo scoperto che possiamo anche spostare il colore dall'altra parte dello spettro. Fondamentalmente, con il nitruro di gallio c'è una tensione interna, che influisce davvero sul modo in cui reagiscono i pozzi quantici e il band gap quando viene applicato un bias esterno. Tutti vogliono ottenere un singolo colore stabile, ma quando si inietta una corrente, quella polarizzazione esterna influenzerà il campo interno, variando le bande d'onda.

Possiamo ridurre lo sforzo, che migliorerebbe la stabilità, ma non possiamo eliminare il 100% del campo interno solo manipolando il materiale. Ci siamo chiesti se potessimo capitalizzare lo stato di deformazione e allargare quel campo interno, così quando applichiamo una distorsione esterna, lo spostamento è abbastanza grande da poter avere tutti i colori. In effetti, ora possiamo ottenere l'ampio spostamento della lunghezza d'onda in modo controllabile. È una relazione molto lineare, quindi puoi avere qualsiasi colore in funzione della densità attuale.

Quindi abbiamo due modi per avvicinarci al mercato e lavorare con le capacità esistenti, a seconda della complessità del sistema di un cliente e dei suoi requisiti di visualizzazione.

Quali sono le prospettive per Porotech? Stai cercando di espanderti?

Per noi è molto importante attrarre clienti da un lato, ma anche ripartire il rischio. Non vogliamo scommettere su un solo segmento di mercato, quindi stiamo esaminando tre aree principali: TV di grandi dimensioni e segnaletica; dispositivi indossabili intelligenti; e AR/VR. Con la prima area, stiamo parlando di nuovi televisori di fascia alta con display da 100 pollici, che nessun'altra tecnologia esistente può implementare in modo così conveniente.

La nostra tecnologia può abilitare la funzionalità sensoriale e tattile, che aiuterà i dispositivi indossabili intelligenti a diventare articoli più personalizzati in futuro

Per quanto riguarda i dispositivi indossabili intelligenti, stiamo parlando di orologi, occhiali e occhiali intelligenti. Il micro LED è fondamentalmente una tecnologia di visualizzazione, ma si basa sull'ecosistema dei semiconduttori e sull'integrazione con i transistor al silicio, quindi promette integrabilità e anche altre funzionalità. Può fornire informazioni sul display ma può anche abilitare funzionalità sensoriali e tattili, che aiuteranno i dispositivi indossabili intelligenti a diventare oggetti più personalizzati in futuro.

Per AR/VR stiamo anche cercando di contribuire oltre al micro LED, al fotone, all'emissione di luce e all'optoelettronica. Ci stiamo anche concentrando sulla futura integrazione con le fonderie di silicio ei transistor di silicio. Ovviamente è molto più difficile a causa del peso limitato e del volume ridotto richiesti per implementare l'AR/VR su semplici occhiali.

Quindi siamo più pronti dal punto di vista commerciale per la grande TV e gli smartwatch, ma per l'AR si tratta più di integrazione e ingegneria a livello di sistema.

Hai iniziato come accademico, quindi deve essere stata una curva di apprendimento per te imparare a parlare di supply chain, spese in conto capitale e integrazione del tuo prodotto con diversi dispositivi

In realtà sto ancora imparando e sono stato abbastanza felice di accettare questa sfida. Avrei potuto perseguire l'eccellenza accademica, ma dal momento che ci occupiamo di scienza applicata e materiali, dobbiamo davvero concentrarci su come implementarlo a beneficio dell'industria e delle persone. Quindi inizialmente mi sono sentito abbastanza eccitato, che ho scelto questa strada per un nuovo sviluppo personale.

Industria o mondo accademico? Come scegliere il tuo percorso

Ti rendi conto molto presto di essere meno capace, meno informato e non hai alcuna esperienza. Devi imparare dagli altri. È stato molto positivo che l'ecosistema di Cambridge fornisca tutto quel tutoraggio oltre al supporto universitario. Ecco perché abbiamo passato un paio d'anni saltellando dentro e fuori l'università, usando alcune delle risorse, facendo ricerche di mercato e formandoci.

L'apprendimento è un processo eterno mentre continuiamo a crescere, ma è un investimento molto utile.

Hai qualche consiglio per le persone che cercano di trasformare la loro tecnologia in un prodotto commerciale?

Il mio consiglio sarebbe di ascoltare di più e parlare di meno. La tecnologia è buona, la fisica è meravigliosa, ma questo è solo un terzo o un quarto del problema. Avrai bisogno di persone, risorse e una strategia su come trasferire la tecnologia in un prodotto reale e ottenere il piano aziendale per supportarlo. Dovrai interagire con una comunità più ampia per ascoltare opinioni e critiche diverse. Prendi quel feedback e rifletti su di esso per migliorare te stesso e le tue idee.

Penso che sia una dura curva di apprendimento che tutti devono affrontare. Ma ammettere che non sei capace di tutto dall'inizio e imparare da persone più esperte è molto importante. Una piccola azienda non può fare tutto da sola. Hai bisogno di molto aiuto da parte dell'università, del governo, della catena di fornitura, dei clienti e dei partner, persino della tua famiglia e dei tuoi amici. Quindi ascolta di più e rifletti a livello personale. Questo è quello che consiglierei.

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• Fonte: https://physicsworld.com/a/porotech-showcases-the-power-of-materials-science-in-full-colour/