{"id":38607,"date":"2019-10-31T22:24:51","date_gmt":"2019-10-31T19:24:51","guid":{"rendered":"https:\/\/prohoster.info\/blog\/budushhee-li-fi-polyaritony-eksitony-fotony-i-nemnogo-disulfida-volframa\/"},"modified":"2019-10-31T22:24:51","modified_gmt":"2019-10-31T19:24:51","slug":"budushhee-li-fi-polyaritony-eksitony-fotony-i-nemnogo-disulfida-volframa","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/prohoster.info\/de\/blog\/administrirovanie\/budushhee-li-fi-polyaritony-eksitony-fotony-i-nemnogo-disulfida-volframa","title":{"rendered":"Die Zukunft von Li-Fi: Polaritonen, Exzitonen, Photonen und ein wenig Wolframdisulfid","gt_translate_keys":[{"key":"rendered","format":"text"}]},"content":{"rendered":"

\"Die
\n
\nJahrelang haben Wissenschaftler aus der ganzen Welt an zwei Dingen gearbeitet \u2013 dem Erfinden und der Verbesserung. Manchmal ist unklar, was davon schwieriger ist. Nehmen wir zum Beispiel gew\u00f6hnliche LEDs, die uns so einfach und allt\u00e4glich erscheinen, dass wir kaum auf sie achten. Doch wenn wir ein wenig Exzitonen, eine Prise Polaritonen und nach Geschmack Wolframdisulfid hinzuf\u00fcgen, werden diese LEDs alles andere als banal. All diese komplizierten Begriffe bezeichnen extrem ungew\u00f6hnliche Komponenten, deren Kombination es Wissenschaftlern vom City College of New York erm\u00f6glicht hat, ein neues System zu entwickeln, das Informationen \u00fcber Licht extrem schnell \u00fcbertragen kann. Diese Entwicklung wird die Li-Fi-Technologie verbessern. Welche spezifischen Zutaten in der neuen Technologie verwendet wurden, welches Rezept dieses \u201eGericht\u201c hat und wie effizient der neue Exzitonen-Polaritonen-LED arbeitet, wird uns der Bericht der Wissenschaftler verraten. Lassen Sie uns starten.<\/a><\/noindex><\/p>\n

Grundlage der Forschung<\/h3>\n

\nWenn man alles auf ein Wort reduzieren m\u00f6chte, dann ist diese Technologie Licht und alles, was damit verbunden ist. Erstens gibt es die Polaritonen, die entstehen, wenn Photonen mit Anregungen der Materie (Phononen, Exzitonen, Plasmonen, Magnetonen usw.) interagieren. Zweitens sind die Exzitonen elektrische Anregungen in Dielektrika, Halbleitern oder Metallen, die sich im Kristall bewegen und nicht mit dem Transport elektrischer Ladung und Masse verbunden sind. <\/p>\n

Es ist wichtig zu beachten, dass diese Quasiteilchen sehr kalte Temperaturen bevorzugen, das hei\u00dft, ihre Aktivit\u00e4t kann nur bei extrem niedrigen Temperaturen beobachtet werden, was die praktische Anwendung stark einschr\u00e4nkt. Aber das war fr\u00fcher. In dieser Arbeit konnten die Wissenschaftler die Temperaturgrenze \u00fcberwinden und sie bei Raumtemperatur einsetzen. <\/p>\n

Das Hauptmerkmal der Polaritonen ist die M\u00f6glichkeit, Photonen miteinander zu verbinden. Photonen, die auf Rubidium-Atome treffen, gewinnen an Masse. Bei mehrfachen Kollisionen sto\u00dfen die Photonen voneinander ab, bilden jedoch in seltenen F\u00e4llen Paare und Triplette, wobei sie die atomare Komponente verlieren, die durch das Rubidium-Atom vertreten ist.<\/p>\n

Um jedoch etwas mit Licht zu machen, muss es eingefangen werden. Zu diesem Zweck ben\u00f6tigt man einen optischen Resonator, der aus einer Kombination von reflektierenden Elementen besteht, die eine stehende Lichtwelle erzeugen. <\/p>\n

In dieser Studie spielen noch ungew\u00f6hnlichere Quasiteilchen eine entscheidende Rolle \u2013 die Exzitonen-Polaritonen, die durch die starke Kopplung von Exzitonen und Photonen, die im optischen Resonator eingefangen sind, entstehen. <\/p>\n

Allerdings ist das nicht genug, denn es ist eine materielle Grundlage erforderlich. Und niemand eignet sich daf\u00fcr besser als \u00dcbergangsmetall-Dichalcogenide (TMD). Genauer gesagt, wurde als emittierendes Material eine Monoschicht von WS2 (Wolframdisulfid) verwendet, das \u00fcber bemerkenswerte Bindungsenergien von Exzitonen verf\u00fcgt, was eines der Hauptkriterien f\u00fcr die Wahl der materiellen Basis wurde.<\/p>\n

Die Kombination all dieser oben beschriebenen Elemente erm\u00f6glichte die Schaffung einer elektrisch steuerbaren Polariton-LED, die bei Raumtemperatur arbeitet.<\/p>\n

F\u00fcr die Realisierung dieses Ger\u00e4ts wird eine WS2-Monoschicht zwischen d\u00fcnnen hexagonalen Tunnelbarrieren aus Bornitrid (hBN) platziert, wobei Graphenschichten als Elektroden fungieren.<\/p>\n

Die Forschungsergebnisse<\/h3>\n

\nWS2, als Dichalkogenid von \u00dcbergangsmetallen, ist ebenfalls ein atomd\u00fcnnes van-der-Waals (vdW) Material. Dies spricht f\u00fcr seine einzigartigen elektrischen, optischen, mechanischen und thermischen Eigenschaften. <\/p>\n

In Kombination mit anderen vdW-Materialien wie Graphen (als Leiter) und hexagonalem Bornitrid (hBN, als Isolator) k\u00f6nnen eine Vielzahl von elektrisch gesteuerten Halbleiterbauelementen realisiert werden, zu denen auch LEDs geh\u00f6ren. Solche Kombinationen von van-der-Waals-Materialien und Polaritonen wurden bereits fr\u00fcher umgesetzt, wie die Forscher klarstellen. In fr\u00fcheren Arbeiten waren die resultierenden Systeme jedoch komplex und unvollkommen und zeigten nicht das volle Potenzial jeder Komponente.<\/p>\n

Eine der Ideen, die von fr\u00fcheren Entwicklungen inspiriert wurden, ist die Verwendung einer zweidimensionalen Materialplattform. So k\u00f6nnen Ger\u00e4te mit atomar d\u00fcnnen Emissionsschichten realisiert werden, die mit anderen vdW-Materialien integriert werden k\u00f6nnen, die als Kontakte (Graphen) und Tunnelbarrieren (hBN) fungieren. Dar\u00fcber hinaus erm\u00f6glicht diese Zweidimensionalit\u00e4t die Kombination von Polariton-Leuchtdioden mit vdW-Materialien, die au\u00dfergew\u00f6hnliche magnetische Eigenschaften, hohe Supraleitung und\/oder besondere topologische Transporte aufweisen. Durch diese Kombination kann eine ganz neue Art von Ger\u00e4t entstehen, dessen Eigenschaften sehr ungew\u00f6hnlich sein k\u00f6nnen. Aber wie Wissenschaftler sagen, ist das ein Thema f\u00fcr eine andere Studie.<\/p>\n

\"Die
\nAbbildung Nr. 1<\/i><\/p>\n

Im Bild 1a<\/b> es wird ein dreidimensionales Modell eines Ger\u00e4ts gezeigt, das an einen Schichtkuchen erinnert. Als obere Reflexionsschicht des optischen Resonators fungiert eine Schicht Silber, w\u00e4hrend als untere Schicht ein 12-schichtiger Verteiler dient. Bragg-Reflektor*<\/i>. Im aktiven Bereich befindet sich die Tunnelzone.<\/p>\n

Verteilter Bragg-Reflektor*<\/b> \u2014 eine mehrschichtige Struktur, in der der Brechungsindex des Materials periodisch senkrecht zu den Schichten variiert.<\/p><\/blockquote>\n

Die Tunnelzone besteht aus einer vdW-Heterostruktur, die aus einer WS2-Monolage (Lichtquelle), d\u00fcnnen hBN-Schichten auf beiden Seiten der Monolage (Tunnelbarriere) und Graphen (transparente Elektroden zur Einspeisung von Elektronen und L\u00f6chern) besteht.<\/p>\n

Es wurden zwei weitere WS2-Schichten hinzugef\u00fcgt, um die Gesamtkraft des Generators zu erh\u00f6hen und somit das Aufspalten der Rabi-Polaritons zu verst\u00e4rken.<\/p>\n

Der Betriebsmodus des Resonators wird durch die \u00c4nderung der Dicke der PMMA-Schicht (Polymethylmethacrylat, d.h. Acrylglas) eingestellt.<\/p>\n

Das Bild 1b<\/b> Dies ist ein Bild der vdW-Heterostruktur auf der Oberfl\u00e4che eines verteilten Bragg-Reflektors. Aufgrund der hohen Reflexionsf\u00e4higkeit des verteilten Bragg-Reflektors, welcher die untere Schicht darstellt, weist die Tunnelzone auf dem Bild einen sehr niedrigen Reflexionskontrast auf, wodurch nur die obere dicke hBN-Schicht sichtbar ist.<\/p>\n

Diagramm 1c<\/b> stellt ein Diagramm der vdW-Heterostruktur in der Tunnel-Geometrie bei Verschiebung dar. Elektrolumineszenz (EL) wird oberhalb der Einschaltspannung beobachtet, wenn das Fermi-Niveau des oberen (unteren) Graphens \u00fcber (unter) dem Leitungsband (Valenzband) von WS2 verschoben ist, was es einem Elektron (Loch) erm\u00f6glicht, in das Leitungsband (Valenzband) von WS2 zu tunneln. Dies schafft g\u00fcnstige Bedingungen f\u00fcr die Bildung von Exzitonen in der WS2-Schicht mit anschlie\u00dfender radiativer Rekombination von Elektron und Loch.<\/p>\n

Im Gegensatz zu lichtemittierenden Dioden auf Basis von p-n-\u00dcberg\u00e4ngen, die eine Dotierung ben\u00f6tigen, h\u00e4ngt die EL von Tunnelger\u00e4ten ausschlie\u00dflich vom Tunnelstrom ab, was optische Verluste und alle \u00c4nderungen des spezifischen Widerstands, die durch Temperatur\u00e4nderungen verursacht werden, vermeidet. Gleichzeitig erm\u00f6glicht die Tunnelarchitektur ein viel gr\u00f6\u00dferes Emissionsgebiet im Vergleich zu dichalcogenid-basierten Ger\u00e4ten auf p-n-\u00dcbergangs-Basis.<\/p>\n

Das Bild 1 Tag<\/b> zeigt die elektrischen Eigenschaften der Tunnelstromdichte (J<\/i>) als Funktion der Verschiebungsspannung (inhalte und den eigentlichen Inhalt<\/i>) zwischen den Graphenelektroden. Der pl\u00f6tzliche Anstieg des Stroms sowohl bei positiver als auch bei negativer Spannung weist auf das Entstehen von Tunnelstrom durch die Struktur hin. Bei optimaler Schichtdicke von hBN (~2 nm) wird ein signifikanter Tunnelstrom und eine erh\u00f6hte Lebensdauer der eingef\u00fcgten Tr\u00e4ger f\u00fcr die strahlende Rekombination beobachtet.<\/p>\n

Vor der Durchf\u00fchrung des elektrolumineszenten Experiments wurde das Ger\u00e4t hinsichtlich der Reflexionsf\u00e4higkeit von wei\u00dfem Licht mit angularer Aufl\u00f6sung charakterisiert, um die starke Kopplung von Exzitonen zu best\u00e4tigen.<\/p>\n

\"Die
\nAbbildung Nr. 2<\/i><\/p>\n

Im Bild 2a<\/b> Die reflektierten Spektren mit Winkelaufl\u00f6sung aus dem aktiven Bereich des Ger\u00e4ts zeigen ein Verhalten, das eine \u00dcberkreuzung verhindert. Au\u00dferdem wurde Photolumineszenz (PL) bei nicht-resonantem Anregen (460 nm) beobachtet, die eine intensive Strahlung aus dem unteren Zweig des Polaritons und eine schw\u00e4chere Strahlung aus dem oberen Zweig des Polaritons zeigt.2b<\/b>).<\/p>\n

Auf 2s<\/b> Die Dispersion der Elektrolumineszenz des Polaritons wurde bei einer Injektion von 0,1 \u03bcA\/mk\u00b2 gemessen. Die Rabi-Spaltung und die Resonator-St\u00f6rung, die durch das Anpassen der Moden des Oszillators (feste und gestrichelte wei\u00dfe Linie) an das elektrolumineszente Experiment gewonnen wurden, betragen etwa 33 meV und etwa -13 meV. Die St\u00f6rung des Resonators wird als \u03b4 = Ec \u2212 Ex definiert, wobei Ex die Energie des Exziton und Ec die Energie des Photons des Resonators mit Nullimpuls in der Ebene bezeichnet. Graph 2d<\/b> ist ein Schnitt aus verschiedenen Winkeln der elektrolumineszente Dispersion. Hier ist die Dispersion der oberen und unteren Polaritonmoden mit einer Antikreuzung, die im Bereich der Exziton-Resonanz auftritt, gut sichtbar.<\/p>\n

\"Die
\nAbbildung Nr. 3<\/i><\/p>\n

Mit steigender Tunneling-Stromst\u00e4rke nimmt die Gesamtintensit\u00e4t der EL zu. Eine schwache EL von Polaritonen wird nahe der Threshold-Verschiebung beobachtet (3a<\/b>), w\u00e4hrend bei ausreichend gro\u00dfer Verschiebung oberhalb des Schwellenwertes die Polariton-Emission deutlich wird (3b<\/b>).<\/p>\n

Im Bild 3s<\/b> Es wird ein polarer Graph der Intensit\u00e4t des EL als Funktion des Winkels dargestellt, der einen engen Emissionskegel von \u00b1 15\u00b0 zeigt. Das Strahlungsdiagramm bleibt praktisch unver\u00e4ndert sowohl f\u00fcr den minimalen (gr\u00fcne Kurve) als auch f\u00fcr den maximalen (orange Kurve) Anregungsstrom. Bei 3d<\/b> wird die integrierte Intensit\u00e4t bei verschiedenen bewegten Tunnelstr\u00f6men gezeigt, die, wie aus dem Graphen ersichtlich ist, ausreichend linear sind. Daher kann eine Erh\u00f6hung des Stroms auf hohe Werte zu einer erfolgreichen Streuung von Polaritonen entlang des unteren Zweigs f\u00fchren und ein extrem enges Strahlungsdiagramm aufgrund der Erzeugung von Polaritonen schaffen. In diesem Experiment war es jedoch aufgrund der Einschr\u00e4nkung, die mit dem dielektrischen Durchbruch des Tunnelbarriere hBN verbunden war, nicht m\u00f6glich, dies zu erreichen. <\/p>\n

Die roten Punkte auf 3d<\/b> zeigen die Messungen eines weiteren Indikators \u2013 der externen quantum Effizienz*<\/i>.<\/p>\n

Quantum Effizienz*<\/b> ist das Verh\u00e4ltnis der Anzahl der Photonen, deren Absorption die Bildung von Quasiteilchen verursacht hat, zur Gesamtanzahl der absorbierten Photonen.<\/p><\/blockquote>\n

Die beobachtete quantenmechanische Effizienz ist vergleichbar mit der anderer Polariton-Leuchtdioden (auf Basis organischer Materialien, Kohlenstoffnanor\u00f6hren usw.). Es ist jedoch zu beachten, dass die Dicke der lichtemittierenden Schicht in dem untersuchten Ger\u00e4t nur 0,7 nm betr\u00e4gt, w\u00e4hrend dieser Wert bei anderen Ger\u00e4ten erheblich h\u00f6her ist. Die Wissenschaftler geben zu, dass die Quanteneffizienz ihres Ger\u00e4ts nicht die h\u00f6chste ist, aber sie kann durch die Platzierung einer gr\u00f6\u00dferen Anzahl von Monoschichten innerhalb der Tunnelzone, die durch d\u00fcnne Schichten von hBN getrennt sind, erh\u00f6ht werden. <\/p>\n

Die Forscher haben auch den Einfluss der St\u00f6rung des Resonators auf das EL des Polaritons \u00fcberpr\u00fcft, indem sie ein weiteres Ger\u00e4t mit einer st\u00e4rkeren St\u00f6rung (- 43 meV) hergestellt haben.<\/p>\n

\"Die
\nBild Nr. 4<\/i><\/p>\n

Im Bild 4a<\/b> Die Spektren des EL mit Winkelaufl\u00f6sung dieses Ger\u00e4ts bei einer Stromdichte von 0,2 \u00b5A\/mk2 sind dargestellt. Aufgrund der starken St\u00f6rung zeigt das Ger\u00e4t einen ausgepr\u00e4gten Flaschenhals-Effekt im EL mit einem Emissionsmaximum, das unter einem gro\u00dfen Winkel auftritt. Dies wird zus\u00e4tzlich im Bild best\u00e4tigt. 4b<\/b>, wo die polarisierten Grafiken dieses Ger\u00e4ts mit dem ersten verglichen werden.2s<\/b>).<\/p>\n

F\u00fcr eine detailliertere Auseinandersetzung mit den Feinheiten der Forschung empfehle ich einen Blick in den Bericht der Wissenschaftler<\/a><\/noindex>.<\/p>\n

Epilog<\/h3>\n

\nSomit best\u00e4tigen alle oben beschriebenen Beobachtungen und Messungen das Vorhandensein von Polariton-Elektrolumineszenz in der vdW-Heterostruktur, die in einem optischen Mikror resonator integriert ist. Die Tunnelstruktur des untersuchten Ger\u00e4ts erm\u00f6glicht das Einspeisen von Elektronen\/L\u00f6chern und die Rekombination in einer Monoschicht WS2, die als Lichtemitter dient. Es ist wichtig zu beachten, dass der Tunnelmechanismus des Ger\u00e4ts keine Dotierung von Komponenten erfordert, was die Verluste und verschiedene temperaturabh\u00e4ngige Ver\u00e4nderungen minimiert.<\/p>\n

Es wurde festgestellt, dass die elektrolumineszente Strahlung aufgrund der Dispersion des Resonators eine hohe Richtung hat. Daher wird eine Verbesserung der G\u00fcte des Resonators und eine h\u00f6here Stromzufuhr die Effizienz der Mikror resonator-LEDs sowie elektrischen gesteuerten Mikror resonator-Polariton und photonischen Laser erh\u00f6hen.<\/p>\n

Diese Arbeit hat erneut best\u00e4tigt, dass \u00dcbergangsmetall-Dichalkogenide tats\u00e4chlich einzigartige Eigenschaften und ein sehr breites Anwendungsspektrum besitzen.<\/p>\n

Solche Forschungen und innovative Erfindungen k\u00f6nnen die Entwicklung und Verbreitung von Daten\u00fcbertragungstechnologien mittels LEDs und Licht im Allgemeinen erheblich beeinflussen. Zu diesen futuristischen Technologien geh\u00f6rt Li-Fi, das eine deutlich h\u00f6here Geschwindigkeit als das derzeitige Wi-Fi bieten kann.<\/p>\n

Vielen Dank f\u00fcr Ihre Aufmerksamkeit, bleiben Sie neugierig und eine produktive Woche f\u00fcr alle! \ud83d\ude42<\/p>\n

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Quelle: habr.com<\/a><\/p>","protected":false,"gt_translate_keys":[{"key":"rendered","format":"html"}]},"excerpt":{"rendered":"

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Dabei ist manchmal unklar, was davon schwieriger ist. Nehmen wir zum Beispiel herk\u00f6mmliche LEDs, die uns so einfach und allt\u00e4glich erscheinen, dass wir kaum darauf achten. Doch wenn man ihnen eine Prise Exzitonen, ein bisschen Polariton und Wolframdissulfid hinzuf\u00fcgt, k\u00f6nnte sich vieles \u00e4ndern.","canonical_url":"https:\/\/prohoster.info\/de\/blog\/administrirovanie\/budushhee-li-fi-polyaritony-eksitony-fotony-i-nemnogo-disulfida-volframa","robots":"max-image-preview:large","keywords":"","webmasterTools":{"miscellaneous":""},"schema":null,"og:locale":"de_DE","og:site_name":"ProHoster | \u041a\u0443\u043f\u0438\u0442\u044c \u043d\u0430\u0434\u0435\u0436\u043d\u044b\u0439 \u0445\u043e\u0441\u0442\u0438\u043d\u0433 \u0434\u043b\u044f \u0441\u0430\u0439\u0442\u043e\u0432 \u0441 \u0437\u0430\u0449\u0438\u0442\u043e\u0439 \u043e\u0442 DDoS, VPS VDS \u0441\u0435\u0440\u0432\u0435\u0440\u044b","og:type":"article","og:title":"\ud83e\udd47\u0411\u0443\u0434\u0443\u0449\u0435\u0435 Li-Fi: \u043f\u043e\u043b\u044f\u0440\u0438\u0442\u043e\u043d\u044b, \u044d\u043a\u0441\u0438\u0442\u043e\u043d\u044b, \u0444\u043e\u0442\u043e\u043d\u044b \u0438 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