Rühm Ameerika teadlasi avastas, et LED-pooljuhid, mis on kergelt aatomi paksuseks painutatud, võivad kiirgada valgust 100% -lise efektiivsusega ja vältida heleduse kasvades efektiivsuse langust-mis tavaliselt neid LED-e häirib.
Alates nutitelefonide ekraanidest kuni vähese energiatarbega valgustini on valgusdioodid (LED) muutnud maailma mitu korda. Kuid valgusdioodide efektiivsus kipub heleduse kasvades vähenema-probleem, mis on eriti tülikas uue ja huvitava kahemõõtmelise pooljuhtmaterjali, nn siirdemetallide dihalogeniidide (TMD) puhul. Nende aatomiliselt õhukeste materjalide märkimisväärne efektiivsuse langus suure heleduse juures takistab nende kasutamist praktilistes rakendustes.
Nüüd võisid California ülikooli, Berkeley ja Lawrence Berkeley riikliku labori teadlased leida väga lihtsa viisi, kuidas ületada tõhususe tõkkeid, millega need valgusdioodid kokku puutuvad.
Meeskond on tõestanud, et TMD -le alla 1% mehaanilise koormuse rakendamine võib muuta materjali elektroonilist struktuuri ja isegi kõrge heledustaseme korral piisab peaaegu 100% valguskiirguse efektiivsuse saavutamiseks (st fotoluminestsentskvantide saagis). . Uurimisrühm usub, et see tulemus võib võimaldada uue põlvkonna LED -seadmetel vältida suurenenud heledusest tingitud tõhususe erosiooni.
Kõigis orgaanilistes ja mõnedes anorgaanilistes valgusdioodides on efektiivsuse langus suure heleduse taga nähtuses, mida nimetatakse eksitooni-eksitooni annihilatsiooniks (EIT).
Kui energiaallikas, nagu elektrivool või laserkiir, erutab pooljuhti, lööb see negatiivselt laetud elektronid pooljuhi valentsiribalt juhtivusribasse, jättes positiivselt laetud elektroniaugud.
Õigete omadustega pooljuhtides eksisteerivad elektron-augu paarid endiselt neutraalsete kvaasiosakeste kujul, mida nimetatakse eksitoniteks. Järgnev elektronide ja eksitonide aukude kiirgusrekombinatsioon põhjustab footonite emissiooni, tekitades seeläbi LED -i nähtava valguse kiirguse.
Madala eksitonitiheduse korral on peaaegu kõigil eksitonitel piisavalt ruumi kiirguse rekombinatsiooniks ja TMD LED -i kvantsaagis on 100%lähedal. Kui aga valgusdioodi heledus suureneb ja eksitonite tihedus suureneb, hakkavad eksitoonid põrkuma ja üksteist kustutama, mille tulemuseks on kiirguseta sumbumine ehk EEA, mis hajub soojuse kujul. Tulemus: selle ülipeenikese materjali fotoluminestsentsi efektiivsus väheneb heleduse kasvades.
Kiirguseta EMPde arv sõltub suuresti pooljuhtide energiariba struktuuri üksikasjadest. Berkeley uurimisrühm leidis, et eriti TMD pooljuhtide puhul suurendab EMPde arvu van Hove'i singulaarsus.
Van Hove'i singulaarsus on pooljuhi energiastruktuuri kerge moonutus, mis suurendab olekute tihedust (võimalike energiaseisundite arvu, mida saab hõivata).
EMP probleemi lahendamiseks kõrge eksitonitiheduse all uurisid Berkeley teadlased TMD materjalide energiaribade struktuuri reguleerimise meetodeid. Nad leidsid, et ühepoolse pinge rakendamine-sõna otseses mõttes materjali kerge venitamine-toimib hästi.
Oma katsetes paigaldas meeskond palju erinevaid TMD-sid, sealhulgas ühekihilisi WS2, WSe2 ja MoS2. Painduvale plastikust aluspinnale lisati kuusnurkne boornitriidikiht (värava isolaatorina) ja grafeenikiht (väravana). elektrood). Seejärel rakendasid teadlased seadmele pingepinget, ergastasid materjali laserkiirega, et tekitada eksitoneid, ja mõõtsid materjali fotoluminestsentskvantisaaki, kui laseri intensiivsus (ja eksitoni tihedus) suurenesid.
Meeskond leidis, et piiramatu TMD puhul, nagu oodatud, väheneb kvantisaagis, kui eksitooni tihedus suureneb. Painduva aluspinna kerge painutamine ja 0,2% tõmbetugevuse rakendamine TMD-le toob aga kaasa rullimise olulise vähenemise. Kui tõmbetüvi on 0,4%, ei toimu suure heleduse korral efektiivset efektiivsuse langust ja materjal suudab säilitada peaaegu 100% fotoluminestsentsi kvantisaagi, olenemata eksitoni tihedusest.
Meeskonna analüüs näitab, et pinge mõju kvantsaagisele on seotud&", sadulapunktide &" olemasoluga; pooljuhtide energiariba struktuuris-sarnane oma energiamaastiku mägikanaliga. Treenimata materjalides asub sadulapunkt, see tähendab Van Hove singulaarsuse piirkond, eksitoni tootva eksitoni hävitamise soodsa energia lähedal, suurendades seeläbi eksitoni hävitamise taset. Materjali kergelt painutamine võib riba struktuuri ümber kujundada ja sadulapunkti täielikult nihutada, nii et van Hove'i ainsus ei soodusta eksitoni hävimist. See omakorda võimaldab rohkem eksitonkiirguse rekombinatsiooni ja suurendab fotoluminestsentsi kvantsaaki.
Kuigi enamik meeskonna katseid hõlmab erinevate kahemõõtmeliste materjalilehtede mehaanilist koorimist, saavad teadlased tõestada ka tüve kasulikku mõju suurte alade (sentimeetritasandil) WS2 lehtede kvantsaagisele. Kasvatatud pikendatud keemilise aurustamise teel. Teadlased usuvad, et see täiendav avastus osutab uue põlvkonna valgusdioodide väljavaatele, mida ei mõjuta tõhususe kadu summutamine suure heleduse korral.
