Sulod sa daghang mga tuig, ang mga siyentista gikan sa tibuuk kalibutan nagbuhat ug duha ka butang - ang pag-imbento ug pag-uswag. Ug usahay dili klaro kung unsa ang mas lisud. Tagda, pananglitan, ang ordinaryo nga mga LED, nga morag yano kaayo ug ordinaryo alang kanato nga wala gani nato kini tagda. Apan kung magdugang ka og pipila ka mga excitons, usa ka pinch nga polaritons ug tungsten disulfide sa pagtilaw, ang mga LED dili na kaayo prosaic. Kining tanan nga abstruse nga mga termino mao ang mga ngalan sa hilabihan ka talagsaon nga mga sangkap, ang kombinasyon niini nagtugot sa mga siyentipiko gikan sa City College of New York sa paghimo og usa ka bag-ong sistema nga makahimo sa pagpadala sa impormasyon sa hilabihan ka dali gamit ang kahayag. Kini nga kalamboan makatabang sa pagpalambo sa Li-Fi teknolohiya. Unsa ang eksaktong mga sangkap sa bag-ong teknolohiya nga gigamit, unsa ang resipe alang niini nga "ulam" ug unsa ang operating efficiency sa bag-ong exciton-polariton LED? Ang taho sa mga siyentista mosulti kanato bahin niini. Lakaw.
Basihan sa panukiduki
Kung atong pasimplehon ang tanan ngadto sa usa ka pulong, nan kini nga teknolohiya gaan ug ang tanan nga konektado niini. Una, ang mga polariton, nga mitungha kung ang mga photon nakig-uban sa mga pagpukaw sa medium (phonons, excitons, plasmons, magnons, ug uban pa). Ikaduha, ang mga exciton mao ang electronic excitations sa usa ka dielectric, semiconductor o metal nga migrate sa tibuok kristal ug dili nalangkit sa pagbalhin sa electrical charge ug masa.
Mahinungdanon nga timan-an nga kini nga mga quasiparticle nahigugma kaayo sa katugnaw, i.e. Ang ilang kalihokan maobserbahan lamang sa hilabihan ka ubos nga temperatura, nga naglimite sa ilang praktikal nga aplikasyon. Apan kaniadto pa. Niini nga buluhaton, ang mga siyentipiko nakahimo sa pagbuntog sa limitasyon sa temperatura ug gigamit kini sa temperatura sa lawak.
Ang nag-unang bahin sa mga polariton mao ang abilidad sa pagbugkos sa mga photon sa usag usa. Ang mga photon nga nagbangga sa mga atomo sa rubidium nakakuha og masa. Sa proseso sa balikbalik nga pagbangga, ang mga photon nag-bounce sa usag usa, apan sa talagsaon nga mga kaso sila nagporma nga mga parisan ug triplets, samtang nawala ang atomic component nga girepresentahan sa rubidium atom.
Apan aron mahimo ang usa ka butang nga adunay kahayag, kinahanglan nimo nga dakpon kini. Alang niini, gikinahanglan ang usa ka optical resonator, nga usa ka hugpong sa mga reflective nga elemento nga nagporma sa usa ka standing light wave.
Sa kini nga pagtuon, ang labing hinungdanon nga papel gidula sa labi pa nga dili kasagaran nga mga quasiparticle - mga exciton-polariton, nga naporma tungod sa kusog nga pagdugtong sa mga exciton ug mga photon nga natanggong sa usa ka optical nga lungag.
Apan, kini dili igo, tungod kay gikinahanglan ang materyal nga basehan, ingnon ta. Ug kinsay mas maayo kay sa transition metal dichalcogenide (TMD) ang magdula niini nga papel? Mas tukma, ang usa ka WS2 (tungsten disulfide) monolayer gigamit ingon nga nagpagawas nga materyal, nga adunay impresibo nga exciton binding kusog, nga nahimong usa sa mga nag-unang criteria sa pagpili sa materyal nga base.
Ang kombinasyon sa tanan nga mga elemento nga gihulagway sa ibabaw nagpaposible sa paghimo sa usa ka kontrolado nga elektrikal nga polariton LED nga naglihok sa temperatura sa kwarto.
Aron maamgohan kini nga himan, usa ka monolayer sa WS2 ang gisangit taliwala sa nipis nga hexagonal boron nitride (hBN) nga mga babag sa tunel nga adunay mga graphene layer nga naglihok isip mga electrodes.
Mga resulta sa panukiduki
Ang WS2, kay usa ka transisyon nga metal nga dichalcogenide, usa usab ka atomikong manipis nga van der Waals (vdW) nga materyal. Naghisgot kini sa talagsaon nga elektrikal, optical, mekanikal ug thermal nga mga kabtangan.
Sa kombinasyon sa ubang mga vdW nga materyales, sama sa graphene (isip konduktor) ug hexagonal boron nitride (hBN, isip insulator), usa ka tibuok panon sa mga electrically controlled semiconductor device, nga naglakip sa LEDs, mahimong matuman. Ang susamang mga kombinasyon sa mga materyales sa van der Waals ug mga polariton natuman na kaniadto, ingon sa dayag nga gipahayag sa mga tigdukiduki. Bisan pa, sa miaging mga buhat, ang mga resulta nga sistema komplikado ug dili hingpit, ug wala magpadayag sa tibuuk nga potensyal sa matag sangkap.
Usa sa mga ideya nga giinspirar sa mga gisundan mao ang paggamit sa usa ka duha ka dimensiyon nga materyal nga plataporma. Sa kini nga kaso, posible nga makaamgo sa mga himan nga adunay atomically thin emissive layers, nga mahimong i-integrate sa ubang mga vdW nga materyales nga naglihok isip mga kontak (graphene) ug tunnel barriers (hBN). Dugang pa, ang ingon nga duha ka dimensyon nagpaposible sa paghiusa sa mga polariton LED nga adunay vdW nga mga materyales nga adunay dili kasagaran nga magnetic nga mga kabtangan, kusog nga superconductivity ug / o dili standard nga topological nga pagbalhin. Ingon usa ka sangputanan sa ingon nga kombinasyon, usa ka hingpit nga bag-ong tipo sa aparato ang makuha, ang mga kabtangan nga mahimo’g dili kasagaran. Apan, sama sa giingon sa mga siyentipiko, kini usa ka hilisgutan alang sa laing pagtuon.
Hulagway #1
Sa hulagway 1a nagpakita sa usa ka tulo-ka-dimensional nga modelo sa usa ka himan nga susama sa usa ka layer nga cake. Ang ibabaw nga salamin sa optical resonator usa ka layer nga pilak, ug ang ubos nga salamin usa ka 12-layer nga gipang-apod-apod Bragg reflector*. Ang aktibo nga rehiyon adunay usa ka tunnel zone.
Gipanagtag nga Bragg reflector* - usa ka istruktura sa daghang mga lut-od diin ang refractive index sa materyal kanunay nga nagbag-o nga patindog sa mga lut-od.
Ang tunnel zone naglangkob sa usa ka vdW heterostructure nga gilangkuban sa usa ka WS2 monolayer (light emitter), nipis nga mga layer sa hBN sa duha ka kilid sa monolayer (tunnel barrier) ug graphene (transparent electrodes alang sa pagpaila sa mga electron ug mga lungag).
Duha pa ka layer sa WS2 ang gidugang aron madugangan ang kinatibuk-ang kalig-on sa oscillator ug busa aron makahimo og labi ka labi nga pagbahin sa Rabi sa mga estado nga polarison.
Ang operating mode sa resonator gi-adjust pinaagi sa pagbag-o sa gibag-on sa PMMA layer (polymethyl methacrylate, ie plexiglass).
Image Image 1b Kini usa ka snapshot sa usa ka vdW heterostructure sa ibabaw sa usa ka gipang-apod-apod nga Bragg reflector. Tungod sa taas nga reflectivity sa gipang-apod-apod nga Bragg reflector, nga mao ang ubos nga layer, ang tunnel zone sa hulagway adunay ubos kaayo nga reflectance contrast, nga miresulta sa ibabaw lamang sa baga nga hBN layer nga naobserbahan.
Graph 1c mao ang vdW zone diagram sa heterostructure sa tunnel geometry ubos sa displacement. Ang electroluminescence (EL) naobserbahan sa ibabaw sa boltahe sa threshold sa dihang ang lebel sa Fermi sa ibabaw (ubos) nga graphene gibalhin sa ibabaw (ubos) sa conduction (valence) nga banda sa WS2, nga nagtugot sa usa ka electron (lungag) sa tunnel ngadto sa conduction (valence) banda sa WS2. Naghimo kini og paborableng mga kondisyon alang sa pagporma sa mga excitons sa WS2 layer nga adunay sunod nga radiative (radiative) electron-hole recombination.
Dili sama sa pn junction light emitters, nga nanginahanglan og doping aron molihok, ang EL gikan sa tunnel device nagdepende lamang sa tunnel current, paglikay sa optical loss ug bisan unsang kausaban sa resistivity tungod sa mga kausaban sa temperatura. Sa samang higayon, ang arkitektura sa tunnel nagtugot alang sa usa ka mas dako nga rehiyon sa pagbuga kumpara sa dichalcogenide nga mga himan base sa pn junctions.
Image Image 1d nagpakita sa elektrikal nga mga kinaiya sa tunneling densidad sa kasamtangan (J) isip usa ka function sa bias boltahe (V) tali sa graphene electrodes. Ang usa ka mahait nga pagtaas sa kasamtangan alang sa positibo ug negatibo nga mga boltahe nagpakita sa panghitabo sa tunneling nga kasamtangan pinaagi sa istruktura. Sa kamalaumon nga gibag-on sa mga layer sa hBN (~ 2 nm), usa ka hinungdanon nga tunneling karon ug usa ka pagtaas sa kinabuhi sa mga naka-embed nga mga tagdala alang sa radiative recombination naobserbahan.
Sa wala pa ipahigayon ang eksperimento sa electroluminescence, ang himan gihulagway pinaagi sa anggulo nga nasulbad nga puti nga kahayag sa kahayag aron pagkumpirma sa presensya sa lig-on nga excitonic coupling.
Hulagway #2
Sa hulagway 2a Angle-resolved reflectance spectra gikan sa aktibong rehiyon sa device gipakita, nga nagpakita sa anti-crossing nga kinaiya. Ang Photoluminescence (PL) nakita usab ubos sa non-resonant excitation (460 nm), nga nagpakita sa grabe nga emission gikan sa ubos nga sanga sa polariton ug mas huyang nga emission gikan sa upper polariton branch (2b).
sa 2c nagpakita sa pagkatibulaag sa polariton electroluminescence sa usa ka indeyksiyon rate sa 0.1 μA/μm2. Ang Rabi splitting ug cavity detuning nga nakuha pinaagi sa pagpahaom sa oscillator modes (solid ug dashed white line) sa EL experiment kay ～33 meV ug ～-13 meV, matag usa. Ang detuning sa lungag gihubit nga δ = Ec − Ex, diin ang Ex mao ang exciton energy ug ang Ec nagpasabot sa in-plane zero-momentum cavity photon energy. Eskedyul 2d Kini usa ka pagputol sa lainlaing mga anggulo gikan sa pagkatibulaag sa electroluminescent. Dinhi, ang pagkatibulaag sa taas ug ubos nga mga mode sa polariton nga adunay anticrossing nga nahitabo sa exciton resonance zone klaro nga makita.
Hulagway #3
Samtang nagkataas ang tunneling current, ang kinatibuk-ang intensity sa EL nagdugang. Ang mahuyang nga EL gikan sa mga polariton naobserbahan duol sa threshold shift (3a), samtang sa usa ka igo nga dako nga pagbalhin sa ibabaw sa threshold, ang polariton emission mahimong lahi (3b).
Sa hulagway 3c nagpakita sa usa ka polar plot sa EL intensity isip usa ka function sa anggulo, nga naghulagway sa usa ka pig-ot nga emission cone sa ± 15 °. Ang sumbanan sa radiation nagpabilin nga halos wala mausab alang sa minimum (berde nga kurba) ug maximum (orange nga kurba) nga eksitasi karon. Sa 3d nagpakita sa integrated intensity alang sa lain-laing mga nagalihok tunnel sulog, nga, ingon sa makita gikan sa graph, mao ang medyo linear. Busa, ang pagdugang sa kasamtangan ngadto sa taas nga mga bili mahimong mosangpot sa malampuson nga pagsabwag sa mga polariton sa ubos nga sanga ug paghimo sa usa ka hilabihan ka pig-ot nga sumbanan sa pagpagawas tungod sa henerasyon sa polariton. Bisan pa, sa kini nga eksperimento dili posible nga makab-ot kini tungod sa limitasyon nga nalangkit sa pagkaguba sa dielectric sa hBN tunnel barrier.
Pula nga mga tulbok sa 3d ipakita ang mga pagsukod sa laing timailhan - gawas quantum efficiency*.
Quantum efficiency* - ang ratio sa gidaghanon sa mga photon, ang pagsuyup nga maoy hinungdan sa pagporma sa mga quasiparticle, ngadto sa kinatibuk-ang gidaghanon sa mga masuhop nga mga photon.
Ang naobserbahan nga quantum efficiency kay ikatandi sa uban nga polariton LEDs (base sa organic materials, carbon tubes, etc.). Angay nga matikdan nga sa lalang nga gitun-an ang gibag-on sa light-emitting layer mao lamang ang 0.7 nm, samtang sa ubang mga device kini nga bili mas taas. Ang mga siyentipiko wala magtago sa kamatuoran nga ang quantum efficiency sa ilang device dili mao ang pinakataas, apan kini mahimong madugangan pinaagi sa pagbutang sa usa ka mas dako nga gidaghanon sa mga monolayers sulod sa tunnel zone, nga gibulag sa nipis nga mga lut-od sa hBN.
Gisulayan usab sa mga tigdukiduki ang epekto sa resonator detuning sa polariton EL pinaagi sa paghimo og laing device, apan adunay mas lig-on nga detuning (-43 meV).
Hulagway #4
Sa hulagway 4a Ang EL spectra nga adunay angular nga resolusyon sa ingon nga aparato gipakita sa karon nga density nga 0.2 μA / μm2. Tungod sa kusog nga detuning, ang aparato nagpakita sa usa ka gipahayag nga bottleneck nga epekto sa EL nga ang emission maximum nga nahitabo sa usa ka dako nga anggulo. Kini dugang nga gikumpirma sa imahe 4b, diin ang mga polar graph niini nga device gitandi sa una (2c).
Alang sa usa ka mas detalyado nga kaila sa mga nuances sa pagtuon, girekomenda ko ang pagtan-aw .
Epilogo
Busa, ang tanan nga mga obserbasyon ug mga pagsukod nga gihulagway sa ibabaw nagpamatuod sa presensya sa polariton electroluminescence sa usa ka vdW heterostructure nga gitukod sa usa ka optical microcavity. Ang arkitektura sa tunel sa device nga gitun-an nagsiguro sa pagpaila sa mga electron/hole ug recombination sa WS2 monolayer, nga nagsilbing light emitter. Mahinungdanon nga ang mekanismo sa tunel sa aparato wala magkinahanglan pagsagol sa mga sangkap, nga makapamenos sa mga pagkawala ug lainlaing mga pagbag-o nga may kalabutan sa temperatura.
Nakaplagan nga ang EL adunay taas nga pagkadirekta tungod sa pagkatibulaag sa resonator. Busa, ang pagpaayo sa kalidad nga hinungdan sa lungag ug mas taas nga kasamtangan nga paghatud makapauswag sa kahusayan sa microcavity LEDs, ingon man usab sa mga microcavity nga kontrolado sa kuryente nga mga polariton ug photonic lasers.
Kini nga buhat sa makausa pa nagpamatuod nga ang transition metal dichalcogenides adunay tinuod nga talagsaon nga mga kabtangan ug usa ka halapad kaayo nga mga aplikasyon.
Ang ingon nga panukiduki ug mga bag-ong imbensyon mahimo’g makaimpluwensya pag-ayo sa pag-uswag ug pagkaylap sa mga teknolohiya sa transmission data gamit ang mga LED ug suga mismo. Ang ingon nga mga futuristic nga teknolohiya naglakip sa Li-Fi, nga makahatag labi ka taas nga katulin kaysa magamit karon nga Wi-Fi.
Salamat sa imong pagtagad, pabiling kuryoso ug maayong semana sa tanan! 🙂
Salamat sa pagpabilin kanamo. Ganahan ka ba sa among mga artikulo? Gusto nga makakita og mas makapaikag nga sulod? Suportahi kami pinaagi sa pag-order o pagrekomenda sa mga higala, 30% nga diskwento alang sa mga tiggamit sa Habr sa usa ka talagsaon nga analogue sa mga entry-level server, nga giimbento namo alang kanimo: (anaa sa RAID1 ug RAID10, hangtod sa 24 ka mga core ug hangtod sa 40GB DDR4).
Dell R730xd 2 ka beses nga mas barato? Dinhi lang sa Netherlands! Dell R420 - 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB - gikan sa $99! Basaha ang mahitungod sa
Source: www.habr.com