Í mörg ár hafa vísindamenn alls staðar að úr heiminum gert tvennt - að finna upp og bæta. Og stundum er ekki ljóst hvort af þessu er erfiðara. Tökum sem dæmi venjulegar LED, sem virðast okkur svo einfaldar og venjulegar að við gefum þeim ekki gaum. En ef þú bætir við nokkrum örvum, smá pólitónum og wolframdísúlfíði eftir smekk, þá verða LED ekki lengur svo prosaic. Öll þessi fáránlegu hugtök eru nöfn afar óvenjulegra íhluta, samsetning þeirra gerði vísindamönnum frá City College í New York kleift að búa til nýtt kerfi sem getur sent upplýsingar mjög hratt með ljósi. Þessi þróun mun hjálpa til við að bæta Li-Fi tækni. Hver voru nákvæmlega innihaldsefni nýju tækninnar sem notuð voru, hver er uppskriftin að þessum "rétti" og hver er skilvirkni nýja exciton-polariton LED? Skýrsla vísindamanna mun segja okkur frá þessu. Farðu.
Rannsóknargrundvöllur
Ef allt er einfaldað í eitt orð, þá er þessi tækni létt og allt sem henni tengist. Í fyrsta lagi skautar, sem myndast þegar ljóseindir hafa samskipti við miðlungs örvun (fónón, örvun, plasmon, magnon o.s.frv.). Í öðru lagi eru örvun rafræn örvun í rafhlöðu, hálfleiðara eða málmi, sem flytur í gegnum kristalinn og tengist ekki flutningi rafhleðslu og massa.
Það er mikilvægt að hafa í huga að þessar hálfagnir eru mjög hrifnar af kulda; virkni þeirra er aðeins hægt að fylgjast með við mjög lágt hitastig, sem takmarkar verulega hagnýtingu þeirra. En það var áður. Í þessari vinnu tókst vísindamönnum að sigrast á hitatakmörkunum og nota þær við stofuhita.
Helsti eiginleiki skauta er hæfileikinn til að binda ljóseindir hver við aðra. Ljóseindir sem rekast á rúbídíum atóm fá massa. Í ferli margra árekstra skoppast ljóseindir hver af annarri, en í mjög sjaldgæfum tilfellum mynda þær pör og þríbura, á sama tíma missa þær frumeindahlutinn sem táknar rúbídíumatómið.
En til að gera eitthvað við ljósið verður að grípa það. Til þess þarf sjónræna resonator, sem er blanda af endurskinsþáttum sem mynda standandi ljósbylgju.
Í þessari rannsókn gegna enn óvenjulegari hálfagnir, örvunarskautar, sem myndast vegna sterkrar tengingar örvunar og ljóseinda sem eru föst í sjónholi, mikilvægu hlutverki.
Það er þó ekki nóg, því efnislegur grundvöllur er nauðsynlegur, ef svo má að orði komast. Og hver, ef ekki umbreytingarmálm díkalkógeníð (TDM), mun gegna þessu hlutverki betur en aðrir. Til að vera nákvæmari var einlag af WS2 (wolfram tvísúlfíði) notað sem losunarefni, sem hefur glæsilega örvunarbindiorku, sem varð eitt af aðalskilyrðunum fyrir vali á efnisgrunni.
Samsetning allra þáttanna sem lýst er hér að ofan gerði það að verkum að hægt var að búa til rafstýrða polariton LED sem starfar við stofuhita.
Til að útfæra þetta tæki er WS2 einlagið staðsett á milli þunnra sexhyrndra bórnítríðs (hBN) gangnahindrana með grafenlögum sem virka sem rafskaut.
Niðurstöður rannsókna
WS2, sem er tvíkalkógeníð umbreytingarmálms, er einnig atómþunnt van der Waals (vdW) efni. Þetta gefur til kynna einstaka rafmagns-, sjón-, vélræna og varma eiginleika þess.
Í samsettri meðferð með öðrum vdW efnum, eins og grafeni (sem leiðari) og sexhyrndum bórnítríði (hBN, sem einangrunarefni), er hægt að gera alls kyns rafstýrð hálfleiðaratæki, sem innihalda LED, að veruleika. Svipaðar samsetningar van der Waals efna og skauta hafa þegar verið að veruleika áður, eins og rannsakendur segja hreinskilnislega. Hins vegar, í fyrri skrifum, voru kerfin sem mynduðust flókin og ófullkomin og leiddu ekki í ljós alla möguleika hvers íhluta.
Ein af hugmyndunum sem voru innblásnar af forverunum var notkun á tvívíðum efnisvettvangi. Í þessu tilviki er hægt að útfæra tæki með atómþunnum losunarlögum sem hægt er að samþætta við önnur vdW efni sem virka sem tengiliðir (grafen) og jarðgangahindranir (hBN). Að auki gerir þessi tvívídd það mögulegt að sameina polariton LED með vdW efni með óvenjulega segulmagnaðir eiginleikar, sterka ofurleiðni og/eða óstaðlaða staðfræðilega flutning. Sem afleiðing af slíkri samsetningu geturðu fengið alveg nýja tegund tækis, eiginleikar sem geta verið mjög óvenjulegir. En, eins og vísindamenn segja, er þetta efni í aðra rannsókn.
Mynd #1
Á myndinni 1 sýnir þrívíddarlíkan af tæki sem líkist lagköku. Efri spegill sjónómunnar er silfurlag og sá neðri er 12 laga dreift. Bragg endurskinsmerki*. Það er jarðgangasvæði á virka svæðinu.
Úthlutað Bragg endurskinsmerki* - uppbygging nokkurra laga, þar sem brotstuðull efnisins breytist reglulega hornrétt á lögin.
Göngasvæðið samanstendur af vdW misskipting sem samanstendur af WS2 einlagi (ljósgeisli), þunnum hBN lögum á báðum hliðum einlagsins (göng hindrun) og grafeni (gegnsæ rafskaut fyrir innleiðingu rafeinda og hola).
Tveimur WS2 lögum til viðbótar var bætt við til að auka heildarstyrk sveiflunnar og þar af leiðandi fá meira áberandi Rabi-skiptingu á skautunarástandinu.
Vinnuhamur resonator er stilltur með því að breyta þykkt PMMA lagsins (pólýmetýl metakrýlat, þ.e. plexigler).
Изображение 1b þetta er skyndimynd af vdW deerostructure á yfirborði dreifðs Bragg endurskinsmerkis. Vegna mikils endurkasts dreifða Bragg-reflektans, sem er neðsta lagið, hefur jarðgangasvæðið á myndinni mjög litla endurkastsskilaskil, sem leiðir til þess að aðeins efra þykka lagið af hBN sést.
Dagskrá 1 táknar svæðismynd af vdW ólíkbyggingu í rúmfræði ganganna undir tilfærslu. Rafgeislun (EL) sést fyrir ofan þröskuldspennu þegar Fermi-stig efra (neðra) grafensins er fært fyrir ofan (fyrir neðan) WS2 leiðni (gildis) bandið, sem gerir rafeind (gat) kleift að fara inn í WS2 leiðni (gildi) hljómsveit. Þetta skapar hagstæð skilyrði fyrir myndun örvunar í WS2 laginu sem fylgt er eftir með geislun (geislandi) rafeindaholu endursamsetningu.
Ólíkt ljósgeislum sem byggjast á pn-mótum, sem krefjast lyfjanotkunar til að virka, fer EL frá gangnatækjum eingöngu eftir straumnum í göngunum, sem forðast sjóntap og allar breytingar á viðnám af völdum hitabreytinga. Á sama tíma leyfir jarðgangabyggingin miklu stærra geislunarsvæði samanborið við díkalkógeníð tæki sem byggjast á pn-mótum.
Изображение 1d sýnir fram á rafeiginleika straumþéttleika jarðganga (J) sem fall af forspennu (V) á milli grafen rafskauta. Mikil aukning á straumi fyrir bæði jákvæða og neikvæða spennu gefur til kynna að jarðgangastraumur komi í gegnum mannvirkið. Við ákjósanlega þykkt hBN-laga (~2 nm) sést marktækur jarðgangastraumur og aukinn líftími ígræddra burðarefna fyrir endurröðun geislunar.
Fyrir rafljómunartilraunina einkenndist tækið af endurkasti hvíts ljóss með hornupplausn til að staðfesta tilvist sterkrar örvunarbindingar.
Mynd #2
Á myndinni 2 hornuppleyst endurkastsróf frá virka svæði tækisins eru sýnd, sem sýnir hegðun gegn krossi. Ljósgeislun (PL) sást einnig við örvun án endurómunar (460 nm), sem sýndi mikla losun frá neðri grein skautsins og veikari losun frá efri grein skautsins (2b).
Á 2 dreifing rafljómunar skautunar er sýnd fyrir innsetningu 0.1 μA/μm2. Rabi-klofnunin og resonator-afstillingin sem fæst með því að passa sveiflustillingar (heil og punktuð hvít lína) við rafljómunartilraunina eru ～33 meV og ～-13 meV, í sömu röð. Ómunafstillingin er skilgreind sem δ = Ec − Ex, þar sem Ex er örvunarorkan og Ec er ómunarljóseindorkan með núll skriðþunga í plani. Dagskrá 2d það er skurður í mismunandi sjónarhornum frá rafljómandi dreifingunni. Hér má greinilega sjá dreifingu efri og neðri skautunarhamanna þar sem and-crossing á sér stað í örvunarómunarsvæðinu.
Mynd #3
Þegar jarðgangastraumurinn eykst eykst heildarstyrkur EL. Veik EL frá skautum sést nálægt þröskuldskekkju (3), á meðan á nægilega mikilli tilfærslu yfir viðmiðunarmörkum verður skautalosun áberandi (3b).
Á myndinni 3 sýnir skautlínurit af styrkleika EL sem fall af horni, sem sýnir mjóa útblásturskeilu sem er ± 15°. Geislunarmynstrið helst nánast óbreytt fyrir bæði lágmarks (grænan feril) og hámarks (appelsínugulan feril) örvunarstraum. Á 3d samþættur styrkleiki er sýndur fyrir ýmsa gangnastrauma á hreyfingu, sem, eins og sjá má á línuritinu, er nokkuð línulegur. Þess vegna getur aukning straumsins í há gildi leitt til farsællar dreifingar skauta meðfram neðri greininni og skapað afar þröngt geislunarmynstur vegna myndunar skauta. Hins vegar, í þessari tilraun, var þetta ekki mögulegt vegna takmörkunarinnar sem tengist rafstraumsrofinu á hBN-gangahindruninni.
rauðir punktar á 3d sýna mælingar á öðrum vísi - ytri skammtanýtni*.
Skammtahagkvæmni* er hlutfallið milli fjölda ljóseinda sem frásog þeirra olli myndun hálfagna og heildarfjölda ljóseinda sem frásogast.
Skammtavirknin sem sést er sambærileg og í öðrum skautaljósum (byggt á lífrænum efnum, kolefnisrörum osfrv.). Það skal tekið fram að þykkt ljósgeislalagsins í tækinu sem verið er að rannsaka er aðeins 0.7 nm, en í öðrum tækjum er þetta gildi mun hærra. Vísindamenn leyna því ekki að skammtanýtnivísitala tækis þeirra er ekki sú hæsta, en hægt er að auka hann með því að setja stærri fjölda einlaga innan jarðgangasvæðisins, aðskilin með þunnum lögum af hBN.
Rannsakendur prófuðu einnig áhrif resonator detuning á polariton EL með því að búa til annað tæki, en með sterkari detuning (-43 meV).
Mynd #4
Á myndinni 4 EL litróf eru sýnd með hornupplausn slíks tækis við straumþéttleika sem er 0.2 μA/μm2. Vegna sterkrar afstillingar sýnir tækið áberandi flöskuhálsáhrif í EL með losunarhámarki í stóru horni. Þetta er enn frekar staðfest á myndinni. 4b, þar sem skautuppdrættir þessa tækis eru bornir saman við fyrstu (2).
Fyrir ítarlegri kynningu á blæbrigðum rannsóknarinnar mæli ég með að skoða .
Eftirmáli
Þannig staðfesta allar athuganir og mælingar sem lýst er hér að ofan tilvist skautunar rafljómunar í vdW misskipting sem er innbyggð í sjónrænt örhola. Göngaarkitektúr tækisins sem verið er að rannsaka tryggir innleiðingu rafeinda/gata og endursamsetningar í WS2 einlaginu, sem þjónar sem ljósgeisli. Það er mikilvægt að gangnabúnaður tækisins krefjist ekki málmblöndur íhluta, sem lágmarkar tap og ýmsar hitatengdar breytingar.
Það kom í ljós að EL hefur mikla stefnuvirkni vegna dreifingar resonatorsins. Þess vegna mun bæta gæðastuðull resonator og hærra straumframboð bæta skilvirkni örhola LED, auk rafstýrðra örholaskauta og ljóseindaleysis.
Þessi vinna staðfesti enn og aftur að díkalkógeníð umbreytingarmálms hafa sannarlega einstaka eiginleika og mjög breitt úrval notkunar.
Slíkar rannsóknir og nýstárlegar uppfinningar geta haft mikil áhrif á þróun og miðlun gagnaflutningstækni í gegnum LED og ljósið sjálft. Slík framúrstefnuleg tækni felur í sér Li-Fi, sem getur veitt verulega hraðari hraða en núverandi Wi-Fi.
Þakka þér fyrir athyglina, vertu forvitin og eigið frábæra viku allir! 🙂
Þakka þér fyrir að vera hjá okkur. Líkar þér við greinarnar okkar? Viltu sjá meira áhugavert efni? Styðjið okkur með því að leggja inn pöntun eða mæla með því við vini, 30% afsláttur fyrir Habr notendur á einstökum hliðstæðum upphafsþjónum, sem var fundið upp af okkur fyrir þig: (fáanlegt með RAID1 og RAID10, allt að 24 kjarna og allt að 40GB DDR4).
Dell R730xd 2 sinnum ódýrari? Aðeins hér í Hollandi! Dell R420 - 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB - frá $99! Lestu um
Heimild: www.habr.com