Pandan plizyè ane, syantis soti toupatou nan mond lan te fè de bagay - envante ak amelyore. E pafwa li pa klè kiyès nan sa yo ki pi difisil. Pran, pou egzanp, LED òdinè, ki sanble tèlman senp ak òdinè pou nou ke nou pa peye atansyon sou yo. Men, si ou ajoute kèk eksiton, yon zongle nan polariton ak disulfide tengstèn nan gou, poul yo p'ap ankò tèlman prozaik. Tout tèm abst sa yo se non eleman ki trè etranj, konbinezon sa yo te pèmèt syantis nan City College of New York kreye yon nouvo sistèm ki ka transmèt enfòmasyon trè vit lè l sèvi avèk limyè. Devlopman sa a pral ede amelyore teknoloji Li-Fi. Ki sa ki egzakteman yo te engredyan yo nan nouvo teknoloji yo te itilize, ki sa ki resèt la pou "plat" sa a ak ki efikasite nan nouvo eksiton-polariton ki ap dirije a? Rapò syantis yo pral di nou sou sa. Ale.
Rechèch baz
Si tout bagay senplifye nan yon mo, Lè sa a, teknoloji sa a se limyè ak tout bagay ki konekte ak li. Premyèman, polariton, ki parèt lè foton kominike avèk eksitasyon mwayen (fonon, eksiton, plasmon, magnon, elatriye). Dezyèmman, eksiton yo se eksitasyon elektwonik nan yon dyelèktrik, semi-conducteurs oswa metal, imigre nan kristal la epi yo pa asosye ak transfè a nan chaj elektrik ak mas.
Li enpòtan sonje ke quasiparticles sa yo trè fanatik nan frèt; aktivite yo ka obsève sèlman nan tanperati ki ba anpil, ki limite anpil aplikasyon pratik yo. Men, sa te anvan. Nan travay sa a, syantis yo te kapab simonte limit tanperati a epi sèvi ak yo nan tanperati chanm.
Karakteristik prensipal la nan polariton se kapasite nan mare foton youn ak lòt. Foton ki fè kolizyon ak atòm rubidyòm jwenn mas. Nan pwosesis kolizyon miltip, foton rebondisman youn ak lòt, men nan ka ki ra yo fòme pè ak triple, pandan y ap pèdi eleman atomik ki reprezante pa atòm nan rubidyòm.
Men, yo nan lòd yo fè yon bagay ak limyè a, li dwe kenbe. Pou sa, yon resonator optik nesesè, ki se yon konbinezon de eleman meditativ ki fòme yon vag limyè kanpe.
Nan etid sa a, menm plis etranj quasiparticules, exciton-polaritons, ki te fòme akòz gwo couplage exciton ak foton ki bloke nan yon kavite optik, jwe yon wòl enpòtan.
Sepandan, sa a se pa ase, paske yon baz materyèl nesesè, se konsa pale. Ak ki moun ki, si se pa tranzisyon metal dichalcogenide (TDM), pral jwe wòl sa a pi byen pase lòt moun. Pou pi egzak, yo te itilize yon monokouch nan WS2 (disulfid tengstèn) kòm materyèl la emèt, ki gen enèji enpresyonan eksiton obligatwa, ki te vin youn nan kritè prensipal yo pou chwazi yon baz materyèl.
Konbinezon an nan tout eleman ki dekri pi wo a te fè li posib yo kreye yon polariton dirije elektrik ki kontwole opere nan tanperati chanm.
Pou aplike aparèy sa a, monokouch WS2 a sitiye ant mens Egzagonal nitrure bor (hBN) baryè tinèl ak kouch grafèn aji kòm elektwòd.
Rezilta rechèch
WS2, ke yo te yon dichalcogenide metal tranzisyon, se tou yon atomik mens van der Waals (vdW). Sa a endike pwopriyete inik elektrik, optik, mekanik ak tèmik li yo.
Nan konbinezon ak lòt materyèl vdW, tankou grafèn (kòm yon kondiktè) ak nitrure bor egzagonal (hBN, kòm yon izolasyon), yon varyete antye nan aparèy semi-conducteurs elektrik kontwole, ki gen ladan LED, ka reyalize. Konbinezon menm jan an nan materyèl van der Waals ak polariton yo te deja reyalize anvan, jan chèchè yo francheman deklare. Sepandan, nan ekriti anvan yo, sistèm ki te lakòz yo te konplèks ak enpafè, epi yo pa t revele tout potansyèl chak nan eleman yo.
Youn nan lide ki te enspire pa predesesè yo te itilize yon platfòm materyèl ki genyen de dimansyon. Nan ka sa a, li posib pou aplike aparèy ak kouch emisyon atomik mens ki ka entegre ak lòt materyèl vdW aji kòm kontak (grafèn) ak baryè tinèl (hBN). Anplis de sa, sa a de dimansyon fè li posib konbine LED polariton ak materyèl vdW ki gen pwopriyete etranj mayetik, supèrkonduktivite fò, ak / oswa transfè topolojik ki pa estanda. Kòm yon rezilta nan konbinezon sa a, ou ka jwenn yon kalite aparèy konplètman nouvo, pwopriyete yo ki ka trè etranj. Men, jan syantis yo di, sa a se yon sijè pou yon lòt etid.
Imaj #1
Sou imaj la 1a montre yon modèl ki genyen twa dimansyon yon aparèy ki sanble ak yon gato kouch. Iwa anwo a nan resonator optik la se yon kouch ajan, ak youn nan pi ba a se yon kouch 12 distribiye. Reflektè Bragg*. Gen yon zòn tinèl nan rejyon aktif la.
Reflektè Bragg distribiye* - yon estrikti nan plizyè kouch, nan ki endèks refraktif materyèl la chanje detanzantan pèpandikilè ak kouch yo.
Zòn tinèl la konsiste de yon heterostructure vdW ki gen ladan yon monokouch WS2 (emetteur limyè), kouch mens hBN sou tou de bò monokouch la (baryè tinèl) ak grafèn (elektwòd transparan pou entwodiksyon de elektwon ak twou).
De plis kouch WS2 yo te ajoute pou ogmante fòs an jeneral nan osilator la e pakonsekan gen yon divize Rabi pi pwononse nan eta polariton yo.
Mòd fonksyònman resonatè a ajiste pa chanje epesè kouch PMMA (polymethyl methacrylate, sa vle di plexiglass).
Изображение 1b sa a se yon snapshot nan yon heterostructure vdW sou sifas la nan yon reflektè Bragg distribiye. Akòz gwo refleksyon Bragg reflektè distribiye a, ki se kouch anba a, zòn tinèl la nan imaj la gen yon kontras refleksyon ki ba anpil, kòm yon rezilta yo obsève sèlman kouch anwo epè nan hBN.
Orè 1s reprezante dyagram zòn nan etewostrikti vdW nan jeyometri tinèl anba deplasman. Elektwoluminesans (EL) yo obsève pi wo a vòltaj papòt la lè nivo Fermi nan grafèn anwo a (pi ba) deplase pi wo a (anba a) gwoup WS2 kondiksyon (valans), sa ki pèmèt yon elèktron (twou) tinèl nan kondiksyon WS2 (valans). bann. Sa a kreye kondisyon favorab pou fòmasyon eksiton nan kouch WS2 ki te swiv pa rekonbinasyon elèktron-twou radyativ (radyatif).
Kontrèman ak emeteur limyè ki baze sou junctions pn, ki mande pou dopan pou opere, EL ki soti nan aparèy tinèl depann sèlman sou aktyèl tinèl la, ki evite pèt optik ak nenpòt chanjman nan rezistivite ki te koze pa chanjman tanperati. An menm tan an, achitekti tinèl la pèmèt yon zòn radyasyon pi gwo konpare ak aparèy dichalcogenide ki baze sou junctions pn.
Изображение 1d demontre karakteristik elektrik yo nan dansite aktyèl la tinèl (J) kòm yon fonksyon nan vòltaj patipri (V) ant elektwòd grafèn. Yon ogmantasyon byen file nan aktyèl pou tou de pozitif ak negatif vòltaj endike ensidan an nan yon kouran tinèl nan estrikti a. Nan epesè optimal nan kouch hBN (~ 2 nm), yo obsève yon aktyèl tinèl enpòtan ak yon ogmantasyon nan lavi transpòtè implanté pou rekonbinasyon radyativ.
Anvan eksperyans elektwoluminesans la, aparèy la te karakterize pa refleksyon limyè blan ak rezolisyon angilè pou konfime prezans fò obligatwa eksiton.
Imaj #2
Sou imaj la 2a Yo montre espèk refleksyon ang-rezoud ki soti nan rejyon aktif aparèy la, ki montre konpòtman anti-travèse. Fotoluminesans (PL) te obsève tou ak eksitasyon ki pa sonan (460 nm), ki montre emisyon entans soti nan branch ki pi ba nan polariton an ak emisyon pi fèb soti nan branch anwo a nan polariton an (2b).
Sou 2s yo montre dispèsyon elektwoluminesans yon polariton pou yon ensèsyon 0.1 μA/μm2. Divizyon Rabi ak detuning resonator yo jwenn nan mete mòd osilateur yo (liy blan solid ak pwentiye) nan eksperyans elektwoluminesans la se ～33 meV ak ～-13 meV, respektivman. Yo defini detuning resonatè a kòm δ = Ec − Ex, kote Ex se enèji eksiton ak Ec se enèji foton resonatè ak zewo momantòm nan plan an. Orè 2d li se yon koupe nan ang diferan de dispèsyon electroluminescent la. Isit la yon moun ka byen klè wè dispèsyon mòd polariton anwo ak pi ba yo ak anticrossing ki fèt nan zòn sonorite eksiton an.
Imaj #3
Kòm aktyèl la tunneling ogmante, entansite total EL la ogmante. Yo obsève EL fèb soti nan polariton tou pre deplasman papòt la (3a), pandan ke nan yon chanjman ase gwo pi wo pase papòt la, emisyon polariton vin diferan (3b).
Sou imaj la 3s montre yon graf polè entansite EL kòm yon fonksyon ang, ki dekri yon kòn emisyon etwat ± 15°. Modèl radyasyon an rete pratikman chanje pou tou de minimòm (koub vèt) ak maksimòm (koub zoranj) aktyèl eksitasyon. Sou 3d se entansite entegre a montre pou plizyè kouran tinèl k ap deplase, ki, jan yo ka wè nan graf la, se byen lineyè. Se poutèt sa, ogmante aktyèl la nan valè segondè ka mennen nan gaye siksè nan polariton sou branch ki pi ba a ak kreye yon modèl radyasyon trè etwat akòz jenerasyon an nan polariton. Sepandan, nan eksperyans sa a, sa pa t posib akòz limit ki asosye ak pann dyelèktrik baryè tinèl hBN la.
pwen wouj sou 3d montre mezi yon lòt endikatè - ekstèn efikasite pwopòsyon*.
Efikasite kwantik * se rapò kantite foton ki gen absòpsyon ki lakòz fòmasyon quasiparticules ak kantite total foton absòbe yo.
Efikasite pwopòsyon obsève a konparab ak sa ki nan lòt LED polariton (ki baze sou materyèl òganik, tib kabòn, elatriye). Li ta dwe remake ke epesè nan kouch nan limyè-emèt nan aparèy la anba etid se sèlman 0.7 nm, pandan y ap nan lòt aparèy valè sa a se pi wo. Syantis yo pa kache lefèt ke endèks efikasite pwopòsyon aparèy yo pa pi wo a, men li ka ogmante lè yo mete yon pi gwo kantite monokouch andedan zòn tinèl la, separe pa kouch mens hBN.
Chèchè yo te teste tou enfliyans detuning resonator sou polariton EL a lè yo fè yon lòt aparèy, men ak yon detuning pi fò (-43 meV).
Imaj #4
Sou imaj la 4a EL spectre yo montre ak yon rezolisyon angilè nan yon aparèy konsa nan yon dansite aktyèl 0.2 μA / μm2. Akòz detuning a fò, aparèy la montre yon efè bouchon pwononse nan EL a ak yon maksimòm emisyon ki fèt nan yon gwo ang. Sa a se plis konfime nan imaj la. 4b, kote trase polè aparèy sa a yo konpare ak premye a (2s).
Pou yon konesans pi detaye ak nuans etid la, mwen rekòmande gade .
Épilogue
Kidonk, tout obsèvasyon ak mezi ki anwo yo konfime prezans elektwoluminesans polariton nan yon heterostructure vdW ki entegre nan yon mikrokavite optik. Achitekti tinèl la nan aparèy la anba etid asire entwodiksyon an nan elektwon / twou ak rekonbinasyon nan monokouch WS2 a, ki sèvi kòm yon emeteur limyè. Li enpòtan ke mekanis nan tinèl nan aparèy la pa mande pou alyaj nan eleman, ki minimize pèt ak divès kalite chanjman ki gen rapò ak tanperati.
Li te jwenn ke EL a gen yon dirèktivite segondè akòz dispèsyon nan resonator la. Se poutèt sa, amelyore faktè bon jan kalite a nan resonator la ak yon rezèv aktyèl ki pi wo pral amelyore efikasite nan microcavity dirije, osi byen ke polariton microcavity elektrik kontwole ak lazè foton.
Travay sa a yon lòt fwa ankò konfime ke dichalcogenides metal tranzisyon yo gen pwopriyete vrèman inik ak yon pakèt aplikasyon trè laj.
Rechèch sa yo ak envansyon inovatè ka enfliyanse anpil devlopman ak difizyon teknoloji transmisyon done atravè LED ak limyè tèt li. Teknoloji futurist sa yo gen ladan Li-Fi, ki ka bay vitès siyifikativman pi vit pase Wi-Fi ki disponib kounye a.
Mèsi pou atansyon ou, rete kirye epi pase yon bon semèn tout moun! 🙂
Mèsi paske w rete avèk nou. Ou renmen atik nou yo? Vle wè plis kontni enteresan? Sipòte nou pa mete yon lòd oswa rekòmande pou zanmi, 30% rabè pou itilizatè Habr sou yon analòg inik nan sèvè nivo antre, ki te envante pa nou pou ou: (disponib ak RAID1 ak RAID10, jiska 24 nwayo ak jiska 40GB DDR4).
Dell R730xd 2 fwa pi bon mache? Sèlman isit la nan Netherlands! Dell R420 - 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB - soti nan $ 99! Li sou
Sous: www.habr.com