Ученые из NIST создали «лучший» наноразмерный светодиод, который преодолевает проблему эффективности, которая преследует светодиодные приложения в течение многих лет, и он также может превратиться в лазер.
Первоначально совместная исследовательская группа из Национального института науки и технологий (NIST), Университета Мэриленда, Политехнического института Ренсселера и IBM Thomas J. Watson Research намеревалась создать светоизлучающий диод (LED) для использования в чрезвычайно сложных условиях. небольшие приложения, такие как так называемая технология lab-on-a-chip. И хотя им это удалось, исследовательская группа также разработала решение давней проблемы «падения эффективности», часто связанной со светодиодами.
Падение эффективности описывает ситуацию, когда светодиод светится ярче, когда на него подается больше электроэнергии, но начинает медленно тускнеть по мере снижения яркости. Это делает светодиод крайне неэффективным и не позволяет использовать его в различных многообещающих приложениях, например, в некоторых коммуникационных технологиях.
Однако ученые NIST считают, что они нашли способ преодолеть это ограничение эффективности. Концепция, которую исследовательская группа продемонстрировала в лаборатории с микроскопическими светодиодами, как сообщается, обеспечивает «резкое» увеличение яркости, а также возможность создавать лазерный свет, что потенциально открывает путь для целого ряда ценных приложений как в масштабе, так и в миниатюрном формате.
В исследовательской статье, опубликованной в Science Advances, объясняется, как команда нашла вдохновение в форме плавников; они предположили, что такая удлиненная форма с большими гранями по бокам теоретически будет получать больше электрического тока. К своему удивлению, исследователи заметили, что светодиод просто продолжал становиться ярче с увеличением тока, а не выгорал. В целом, светодиодное устройство команды показало увеличение яркости в 100–1000 раз по сравнению с обычными субмикронными светодиодами и излучением длин волн на границе фиолетового и ультрафиолетового.
В отличие от плоской конструкции, которая используется в обычных светодиодах, длинные тонкие нити из оксида цинка, которые исследователи называют плавниками, имеют длину около 5 микрометров каждая и растягиваются примерно на одну десятую длины среднего человеческого волоса.
Команда также сделала еще одно открытие, увеличив силу тока: длина волны светодиода в конечном итоге сузилась до двух длин волн интенсивного фиолетового цвета. По сути, крошечный светодиод превратился в лазер. Превратить светодиод в лазер – нелегкая задача. Обычно это требует подключения светодиода к резонансной полости, которая позволяет свету отражаться вокруг, чтобы создать лазер. Однако в исследовании утверждается, что конструкция плавника сама по себе способствует этому, без добавления еще одной полости.
По словам исследовательской группы, для приложений масштаба микросхем, таких как электронные устройства нового поколения и портативные устройства связи, крошечный лазер будет иметь решающее значение. Они считают, что он имеет большой потенциал в качестве «важного строительного блока» из-за отсутствия снижения эффективности.
© digitrode.ru