Grupp ta 'xjentisti Amerikani skoprew li semikondutturi LED li huma kemmxejn mgħawġa għal ħxuna atomika jistgħu jarmu dawl b'effiċjenza qrib 100% u jevitaw tnaqqis fl-effiċjenza hekk kif il-luminożità tiżdied -li normalment plagues dawn l-LEDs.
Minn skrins tat-telefown intelliġenti għal dawl b'enerġija baxxa, id-dijodi li jarmu d-dawl (LEDs) biddlu d-dinja ħafna drabi. Iżda l-effiċjenza tal-LEDs għandha t-tendenza li tonqos hekk kif il-luminożità tiżdied-problema li hija partikolarment inkwetanti għal materjal semikonduttur bidimensjonali ġdid u interessanti, l-hekk imsejħa dialidi tal-metall ta' tranżizzjoni (TMDs). It-tnaqqis sinifikanti fl-effiċjenza ta' dawn il-materjali rqaq atomikament b'luminożità għolja jxekkel l-applikazzjoni tagħhom f'applikazzjonijiet prattiċi.
Issa, riċerkaturi fl-Università ta' California, Berkeley u Lawrence Berkeley National Laboratory setgħu sabu mod sempliċi ħafna biex jevitaw l-ostakli għall-effiċjenza li dawn l-LEDs huma suxxettibbli li jiltaqgħu magħhom.
It-tim wera li l-applikazzjoni ta 'razza mekkanika ta' inqas minn 1% fuq it-TMD tista 'tbiddel l-istruttura elettronika tal-materjal, u anke f'livelli għoljin ta' luminożità, huwa biżżejjed li tinkiseb kważi 100% effiċjenza tal-emissjonijiet tad-dawl (jiġifieri rendiment kwantistiku tal-fotoluminixxenza). It-tim tar-riċerka jemmen li dan ir-riżultat jista 'jippermetti ġenerazzjoni ġdida ta' tagħmir LED biex tiġi evitata l-erożjoni tal-effiċjenza kkawżata minn żieda fil-luminożità.
Fl-LEDs organiċi kollha u xi LEDs inorganiċi, it-tnaqqis fl-effiċjenza fil-luminożità għolja għandu l-għeruq tiegħu f'fenomenu msejjaħ annihilation exciton-exciton (EEA).
Meta sors ta' enerġija bħal kurrent elettriku jew raġġ tal-lejżer jeċita semikonduttur, jibda elettroni ċċarġjati b'mod negattiv mill-faxxa ta' valenza tas-semikonduttur fil-faxxa ta' konduzzjoni, u jħalli toqob tal-elettroni ċċarġjati b'mod pożittiv.
F'semikondutturi bil-proprjetajiet korretti, pari ta 'toqob ta' elettroni għadhom jeżistu fil-forma ta 'kważi-partiċelli newtrali msejħa excitons. Ir-rikombinazzjoni sussegwenti tar-radjazzjoni tal-elettroni u t-toqob fl-esktoni tirriżulta fl-emissjoni ta' fotoni, u b'hekk tipproduċi emissjoni viżibbli ta' dawl mil-LED.
F'densità baxxa ta 'exciton, kważi l-excitons kollha għandhom biżżejjed spazju għar-rikombinazzjoni tar-radjazzjoni, u r-rendiment kwantistiku ta' TMD LED huwa qrib il-100%. Madankollu, hekk kif il-luminożità tal-LED tiżdied u d-densità tal-esktoni tiżdied, l-esktoni jibdew jikkollaboraw u jħassru lil xulxin, u dan jirriżulta f'attenwazzjoni mhux radjattiva, jew ŻEE, li jinxterdu fil-forma ta 'sħana. Riżultat: L-effiċjenza tal-fotoluminixxenza ta 'dan il-materjal ultra-irqiq tonqos hekk kif il-luminożità tiżdied.
L-għadd ta' EEAs mhux radjattivi jiddependi fil-biċċa l-kbira fuq id-dettalji tal-istruttura tal-medda ta' enerġija semikonduttur. It-tim ta 'riċerka ta' Berkeley sab li, speċjalment għas-semikondutturi tat-TMD, in-numru ta 'EEAs huwa msaħħaħ mis-singularità van Hove.
Is-singularità van Hove hija distorsjoni żgħira fl-istruttura tal-enerġija ta' semikonduttur, li żżid id-densità tal-istati (l-għadd ta' stati possibbli tal-enerġija li jistgħu jiġu okkupati) f'dak il-punt.
Sabiex isolvu l-problema taż-ŻEE taħt densità għolja ta 'exciton, ir-riċerkaturi ta' Berkeley studjaw metodi biex jaġġustaw l-istruttura tal-medda ta 'enerġija ta' materjali TMD. Huma sabu li l-applikazzjoni tar-razza uniaxial litteralment tiġbed il-materjal ftit jaħdem tajjeb.
Fl-esperimenti tagħhom, it-tim installa ħafna TMDs differenti, inklużi WS2, WSe2 u MoS2 b'saff wieħed. Fuq sottostrat tal-plastik flessibbli, ġew miżjuda saff eżagonali ta' nitrid tal-boron (bħala iżolatur tal-bieb) u saff ta' graphene (bħala xatba). elettrodu). Imbagħad, ir-riċerkaturi applikaw preġudizzju fil-vultaġġ fuq l-apparat, eċċitati l-materjal b'raġġ tal-lejżer biex jiġġeneraw excitons, u kejlu r-rendiment kwantistiku tal-fotoluminixxenza tal-materjal hekk kif żdiedet l-intensità tal-lejżer (u d-densità tal-eskton).
It-tim sab li għal TMD mhux imħarbat, kif mistenni, it-tmermir tar-rendiment kwantistiku hekk kif id-densità tal-eċitoni tiżdied. Madankollu, it-tgħawwiġ ħafif tas-sottostrat flessibbli u l-applikazzjoni ta' razza tensili ta' 0.2% għat-TMD jirriżultaw fi tnaqqis sinifikanti fl-ammont ta' roll-off. Meta r-razza tensili hija 0.4%, m'hemm l-ebda tnaqqis effettiv fl-effiċjenza taħt luminożità għolja, u l-materjal jista 'jżomm rendiment kwantistiku ta' photoluminescence kważi 100% irrispettivament mid-densità tal-exciton.
L-analiżi tat-tim turi li l-effett tat-tensjoni fuq ir-rendiment kwantistiku huwa relatat mal-eżistenza ta' "punti tas-sarġ" fl-istruttura tal-medda tal-enerġija semikonduttur simili għall-kanal tal-muntanji fil-pajsaġġ tal-enerġija tiegħu. F'materjali mhux istretti, il-punt tas-sarġ, jiġifieri, ir-reġjun tas-singularità Van Hove, jinsab ħdejn l-enerġija favorevoli tal-annifilazzjoni exciton li tipproduċi l-exciton, u b'hekk itejjeb il-livell ta 'annihilation exciton. Kemmxejn tgħawweġ il-materjal jista 'jsawwar mill-ġdid l-istruttura tal-faxxa u jċaqlaq kompletament il-punt tas-sarġ sabiex is-singularità van Hove ma twassalx għal annihilation exciton. Dan, min-naħa tiegħu, jippermetti aktar rikombinazzjoni tar-radjazzjoni exciton u jżid ir-rendiment kwantistiku tal-fotoluminixxenza.
Għalkemm ħafna mill-esperimenti tat-tim jinvolvu tqaxxir mekkaniku ta 'diversi folji ta' materjal bidimensjonali, ir-riċerkaturi jistgħu wkoll jippruvaw l-effett ta 'benefiċċju ta' tensjoni fuq ir-rendiment kwantistiku ta 'folji WS2 ta' żona kbira (livell ta 'ċentimetru). Imkabbra bi proċess estiż ta 'depożizzjoni ta' vapor kimiku. Ir-riċerkaturi jemmnu li din is-sejba addizzjonali tindika l-prospett ta' ġenerazzjoni ġdida ta' LEDs li mhumiex affettwati mill-attenwazzjoni tat-telf tal-effiċjenza f'luminożità għolja.
