Светодиодный материал светится под нагрузкой

Для яркого свечения смартфонов, ноутбуков и осветительных приборов используются светодиоды. Но чем ярче светятся эти светодиодные технологии, тем они становятся менее эффективными, выделяя больше энергии в виде тепла, а не света.

Теперь, как сообщается в журнале Science ("Inhibited nonradiative decay at all exciton densities in monolayer semiconductors"), команда под руководством исследователей из Национальной лаборатории Лоуренса Беркли и Калифорнийского университета в Беркли продемонстрировала подход к достижению почти 100% эффективности светового излучения на всех уровнях яркости.

Производительность светодиодов зависит от экситонов

Их подход сосредоточен на растяжении или сжатии тонкой полупроводниковой пленки таким образом, чтобы благоприятно изменить ее электронную структуру.

Подписывайтесь на наш youtube канал!

Команда определила, как именно электронная структура полупроводника определяет взаимодействие между энергетическими частицами внутри материала. Эти частицы иногда сталкиваются и аннигилируют друг с другом, теряя энергию в виде тепла вместо того, чтобы излучать свет. Изменение электронной структуры материала уменьшило вероятность аннигиляции и привело к почти идеальному преобразованию энергии в свет, даже при высокой яркости.

"Всегда легче выделять тепло, чем излучать свет, особенно при высоких уровнях яркости. В нашей работе мы смогли уменьшить процесс потерь в сто раз", - сказал Али Джавей, старший научный сотрудник Лаборатории Беркли и профессор электротехники и компьютерных наук Калифорнийского университета в Беркли.

Открытие команды Беркли было сделано с помощью одного слоя полупроводникового материала толщиной 3 атома, называемого дихалькогенидом переходного металла, который был подвергнут механической деформации. Эти тонкие материалы имеют уникальную кристаллическую структуру, которая обуславливает уникальные электронные и оптические свойства: Когда их атомы возбуждаются либо пропусканием электрического тока, либо светом, образуются энергичные частицы, называемые экситонами.

Экситоны могут высвобождать свою энергию, излучая свет или тепло. Эффективность, с которой экситоны излучают свет, а не тепло, является важным параметром, определяющим конечную производительность светодиодов. Но для достижения высокой эффективности необходимы точные условия.
"Когда концентрация экситонов низкая, мы ранее нашли способ достижения идеальной эффективности излучения света", - сказал Шиех Зия Уддин, аспирант Калифорнийского университета в Беркли и один из ведущих авторов статьи. Он и его коллеги показали, что химическая или электростатическая зарядка однослойных материалов может привести к высокоэффективному преобразованию, но только при низкой концентрации экситонов.

Однако для высокой концентрации экситонов, при которой обычно работают оптические и электронные устройства, слишком много экситонов аннигилируют друг с другом. Новая работа команды Беркли предполагает, что для достижения высокой производительности при высоких концентрациях необходимо изменить структуру полосы материала, электронное свойство, которое контролирует взаимодействие экситонов друг с другом и может снизить вероятность аннигиляции экситонов.

Чтобы лучше понять поведение материала при деформации, команда провела аналитическое моделирование. Они обнаружили, что столкновения между экситонами с потерей тепла усиливаются благодаря "седловым точкам" - областям, где энергетическая поверхность изгибается таким образом, что напоминает горный перевал между двумя вершинами, - которые естественным образом присутствуют в полосовой структуре однослойного полупроводника.

Прикладывание механической нагрузки привело к тому, что энергия этого процесса немного изменилась, оттягивая экситоны от седловых точек. В результате склонность частиц к столкновению уменьшилась, и снижение эффективности при высокой концентрации заряженных частиц перестало быть проблемой.
"Эти однослойные полупроводниковые материалы представляют интерес для оптоэлектронных применений, поскольку они уникальным образом обеспечивают высокую эффективность даже при высоких уровнях яркости и несмотря на наличие большого количества несовершенств в их кристаллах", - сказал Джавей.

Будущая работа команды Лаборатории Беркли будет сосредоточена на использовании материала для изготовления реальных светодиодных устройств для дальнейшего тестирования высокой эффективности технологии при увеличении яркости. опубликовано econet.ru по материалам nanowerk.com

Лучшие публикации в Telegram-канале Econet.ru. Подписывайтесь!

Подписывайтесь на наш youtube канал!

P.S. И помните, всего лишь изменяя свое потребление - мы вместе изменяем мир! © econet