Bilim Adamları Daha İyi Bir Nano Ölçekli LED Oluşturuyor

Yeni tasarım, uzun süredir devam eden LED verimlilik sorununun üstesinden gelir ve önyükleme için bir lazere dönüşebilir.

Ulusal Standartlar ve Teknoloji Enstitüsü’ndeki (NIST) bilim adamlarını da içeren bir ekip tarafından geliştirilen ışık yayan diyotlar (LED’ler) için yeni bir tasarım, ışık kaynaklarının verimliliğinde uzun süredir devam eden bir sınırlamanın üstesinden gelmenin anahtarı olabilir. Laboratuvarda mikroskobik LED’lerle gösterilen konsept, parlaklığında çarpıcı bir artış ve aynı zamanda lazer ışığı yaratma kabiliyeti sağlıyor – bir dizi büyük ölçekli ve minyatürleştirilmiş uygulamalarda onu değerli kılan tüm özellikler.

Maryland Üniversitesi, Rensselaer Polytechnic Institute ve IBM Thomas J. Watson Araştırma Merkezi’nden bilim adamlarını da içeren ekip, çalışmalarını Science Advances dergisinde bugün yayınlanan bir makalede ayrıntılı olarak açıkladı. Cihazları, geleneksel küçük, mikron altı boyutlu LED tasarımlarına göre parlaklıkta 100 ila 1.000 kat artış gösteriyor.

Yeni tasarımı tasarlayan NIST’den Babak Nikoobakht, “LED yapmak için yeni bir mimari” dedi. “Geleneksel LED’lerde olduğu gibi aynı malzemeleri kullanıyoruz. Bizimkindeki fark, onların şekilleridir. “

LED’ler onlarca yıldır mevcuttur, ancak parlak LED’lerin geliştirilmesi bir Nobel ödülü kazandı ve yeni bir aydınlatma çağını başlattı. Bununla birlikte, modern LED’lerin bile tasarımcılarını hayal kırıklığına uğratan bir sınırlaması vardır. Bir noktaya kadar, bir LED’i daha fazla elektrikle beslemek, onu daha parlak bir şekilde parlatır, ancak kısa süre sonra parlaklık düşer ve LED’i oldukça verimsiz hale getirir. Sektör tarafından “verimlilik düşüşü” olarak adlandırılan sorun, LED’lerin iletişim teknolojisinden virüsleri öldürmeye kadar birçok umut vadeden uygulamada kullanılmasının önünde duruyor.


Bu fotoğraf, bazıları parlayan (uçlarında parlak noktalar) olan, tarak benzeri bir dizi kanatlı LED’i göstermektedir. Kredi: B.Nikoobakht / NIST

Yeni LED tasarımları verimlilik düşüşünün üstesinden gelirken, araştırmacılar başlangıçta bu sorunu çözmek için yola çıkmadılar. Ana hedefleri, NIST ve diğer yerlerdeki bilim adamlarının takip ettiği çip üzerinde laboratuvar teknolojisi gibi çok küçük uygulamalarda kullanılmak üzere mikroskobik bir LED oluşturmaktı.

Ekip, LED’in parlayan kısmı için yepyeni bir tasarım denedi: Geleneksel LED’lerde kullanılan düz, düzlemsel tasarımın aksine, araştırmacılar kanat olarak adlandırdıkları uzun, ince çinko oksit şeritlerden bir ışık kaynağı oluşturdu. (Uzun ve ince göreceli terimlerdir: Her yüzgeç uzunluğu yalnızca yaklaşık 5 mikrometredir ve ortalama bir insan saçı genişliğinin yaklaşık onda biri kadar uzanır.) Yüzgeç dizisi, 1 büyüklüğündeki alanlara uzanabilen küçük bir tarak gibi görünür. santimetre veya daha fazla.

Nikoobakht, “Uzun şekillerinin ve geniş yan yüzeylerinin daha fazla elektrik akımı alabileceğini düşündüğümden kanatlarda bir fırsat gördük” dedi. “İlk başta sadece yeni tasarımın ne kadar dayanabileceğini ölçmek istedik. Akımı artırmaya başladık ve sönene kadar kullanacağımızı düşündük, ancak daha da parlak olmaya devam etti. “

Yeni tasarımları, mor ve ultraviyole arasındaki sınırı aşan dalga boylarında pırıl pırıl parlıyordu ve tipik minik LED’lerin yaptığından yaklaşık 100 ila 1.000 kat daha fazla güç üretiyordu. Nikoobakht, sonucu önemli bir temel keşif olarak nitelendiriyor.

“Bir mikrometreden daha küçük olan tipik bir LED, yaklaşık 22 nanowatt güçle parlıyor, ancak bu 20 mikrowatt’a kadar üretebilir” dedi. “Tasarımın, daha parlak ışık kaynakları yapmak için LED’lerdeki verimlilik düşüşünün üstesinden gelebileceğini gösteriyor.”

Güney Carolina Üniversitesi’nde projede yer almayan elektrik mühendisliği profesörü Grigory Simin, “Gördüğüm en verimli çözümlerden biri” dedi. “Topluluk, LED verimliliğini artırmak için yıllardır çalışıyor ve diğer yaklaşımlar, mikrometre altı dalga boyu LED’lerine uygulandığında genellikle teknik sorunlar yaşıyor. Bu yaklaşım işi iyi yapıyor. “

Ekip, akımı artırırken şaşırtıcı bir keşif daha yaptı. LED ilk başta bir dizi dalga boyunda parlarken, nispeten geniş emisyonu sonunda yoğun menekşe renginin iki dalga boyuna daraldı. Açıklama netleşti: Minik LED’leri minik bir lazere dönüşmüştü.

“Bir LED’i lazere dönüştürmek büyük çaba gerektiriyor. Nikoobakht, genellikle ışığın bir lazer yapmak için etrafta sıçramasına izin veren bir rezonans boşluğuna bir LED’in bağlanmasını gerektirir ”dedi. “Görünüşe göre kanat tasarımı, başka bir boşluk eklemeye gerek kalmadan tüm işi kendi başına yapabiliyor.”

Küçük bir lazer, çip ölçekli uygulamalar için yalnızca kimyasal algılama için değil, aynı zamanda yeni nesil elde taşınan iletişim ürünlerinde, yüksek çözünürlüklü ekranlarda ve dezenfeksiyonda da kritik olacaktır.

Nikoobakht, “Önemli bir yapı taşı olma potansiyeli çok yüksek,” dedi. “İnsanların yaptığı en küçük lazer olmasa da, çok parlak bir lazer. Verimlilik düşüşünün olmaması onu faydalı hale getirebilir. “

Kaynak : https://scitechdaily.com/scientists-build-a-better-nanoscale-led-a-tiny-bright-light-that-can-transform-into-a-laser/