Группа исследователей материалов открывает путь к более эффективным светодиодам

«Открытие такого материала и понимание природы существования основного яркого экситона открывают путь к открытию других полупроводниковых структур с яркими основными экситонами», — сказал д-р Александр Эфрос, физик-исследователь из NRL. «Оптически активный яркий экситон в этом материале излучает свет намного быстрее, чем в обычных светоизлучающих материалах, и обеспечивает большую мощность, меньшее потребление энергии и более быстрое переключение для связи и датчиков».Работа, которая частично спонсировалась Управлением военно-морских исследований через программу, управляемую доктором Чагааном Баатаром, изучала перовскиты галогенидов свинца с тремя различными составами, включая хлор, бром и йод. Нанокристаллы, изготовленные из этих соединений и их сплавов, могут быть настроены на излучение света с длинами волн, охватывающими весь видимый диапазон, при сохранении быстрого излучения света, что придает им превосходные характеристики.

Полупроводники излучают свет, когда связанные пары электронов и дырок, известные как экситоны, рекомбинируют в процессе, называемом радиационным распадом.«Во всех известных полупроводниках и полупроводниковых наноструктурах самое низкое энергетическое состояние для связанной пары электрон-дырка — это« темное »состояние», — сказал Эфрос. «Это означает, что материал излучает свет медленно и слабо».

Поскольку в нанокристаллах перовскита экситон с наименьшей энергией является ярким, время, необходимое электрону и дырке для рекомбинации и излучения света, известное как их радиационное время жизни, в 20 раз быстрее, чем у обычных материалов при комнатной температуре, и в 1000 раз быстрее при криогенных температурах.Известно, что светодиоды на основе квантовых точек или QLED могут страдать от «спада» или снижения эффективности при высокой интенсивности накачки из-за процессов, которые рассеивают энергию экситонов до того, как они успевают излучать свет.

Уменьшение радиационного времени жизни должно позволить светодиодам на основе этих перовскитов использовать всю подводимую энергию для создания света до того, как он рассеется в более медленных процессах.«Повышенная скорость излучения света этими материалами открывает большие перспективы для различных технологических применений, в которых используются светодиоды и лазеры», — сказал Эфрос. «В принципе, сокращение срока службы в 20 раз может привести к появлению в 20 раз более мощных светодиодов и лазеров».

Мощность лазера зависит от усиления материала, из которого он сделан, и это усиление пропорционально интенсивности излучения.Связь в свободном пространстве с использованием видимого света, которая позволяет передавать информацию узкими лучами на большие расстояния без оптоволоконных или медных кабелей, также выиграет от увеличения скорости излучения света. «Максимальная полоса пропускания системы связи ограничена скоростью, с которой светодиоды могут включаться и выключаться, а более короткий срок службы излучения напрямую влияет на более быстрое переключение и, следовательно, более высокую скорость передачи данных», — говорит Эфрос.


Новости со всего мира