Wis pirang-pirang taun, para ilmuwan saka saindenging jagad nindakake rong perkara - nyipta lan nambah. Lan kadhangkala ora jelas endi sing luwih angel. Njupuk, contone, LED biasa, kang koyone prasaja lan biasa kanggo kita sing kita ora mbayar manungsa waé kanggo wong-wong mau. Nanging yen sampeyan nambah sawetara excitons, jiwit saka polaritons lan tungsten disulfide kanggo rasa, LED ora maneh dadi prosaic. Kabeh istilah abstruse kasebut minangka jeneng komponen sing ora biasa, kombinasi sing ngidini para ilmuwan saka City College of New York nggawe sistem anyar sing bisa ngirim informasi kanthi cepet kanthi nggunakake cahya. Pangembangan iki bakal mbantu ningkatake teknologi Li-Fi. Apa persis bahan teknologi anyar sing digunakake, apa resep kanggo "sajian" iki lan apa efisiensi LED exciton-polarton anyar? Laporan para ilmuwan bakal ngandhani babagan iki. Tindak.
Basis riset
Yen kabeh disederhanakake dadi siji tembung, mula teknologi iki entheng lan kabeh sing ana gandhengane. Kaping pisanan, polariton, sing muncul nalika foton berinteraksi karo eksitasi medium (phonon, excitons, plasmon, magnons, etc.). Kapindho, excitons minangka eksitasi elektronik ing dielektrik, semikonduktor utawa logam, migrasi liwat kristal lan ora ana hubungane karo transfer muatan listrik lan massa.
Wigati dicathet yen quasipartikel iki seneng banget karo kadhemen; aktivitas sing bisa diamati mung ing suhu banget kurang, kang banget matesi aplikasi praktis. Nanging sing sadurunge. Ing karya iki, para ilmuwan bisa ngatasi watesan suhu lan digunakake ing suhu kamar.
Fitur utama polariton yaiku kemampuan kanggo ngiket foton siji liyane. Foton tabrakan karo atom rubidium entuk massa. Ing proses tabrakan kaping pirang-pirang, foton mumbul-mumbul, nanging ing kasus-kasus sing jarang, padha mbentuk pasangan lan triplet, nalika ilang komponen atom sing diwakili dening atom rubidium.
Nanging kanggo nindakake soko karo cahya, iku kudu kejiret. Kanggo iki, resonator optik dibutuhake, yaiku kombinasi unsur reflektif sing mbentuk gelombang cahya sing ngadeg.
Ing panliten iki, quasipartikel liyane sing ora biasa, exciton-polartons, sing dibentuk amarga kopling kuat excitons lan foton sing kepepet ing rongga optik, nduweni peran penting.
Nanging, iki ora cukup, amarga dhasar materi perlu, supaya bisa ngomong. Lan sing, yen ora transisi logam dichalcogenide (TDM), bakal muter peran iki luwih saka liyane. Kanggo luwih tepat, monolayer WS2 (tungsten disulfide) digunakake minangka bahan emitting, sing nduweni energi pengikat exciton sing nyengsemake, sing dadi salah sawijining kritéria utama kanggo milih basis materi.
Kombinasi kabeh unsur sing diterangake ing ndhuwur bisa nggawe LED polariton sing dikontrol kanthi listrik ing suhu kamar.
Kanggo ngleksanakake piranti iki, WS2 monolayer dumunung antarane lancip hexagonal boron nitride (hBN) alangan tunneling karo lapisan graphene tumindak minangka elektroda.
Asil riset
WS2, minangka dichalcogenide logam transisi, uga minangka materi van der Waals (vdW) tipis atom. Iki nuduhake sifat listrik, optik, mekanik lan termal sing unik.
Ing kombinasi karo bahan vdW liyane, kayata graphene (minangka konduktor) lan boron nitride heksagonal (hBN, minangka insulator), macem-macem piranti semikonduktor sing dikontrol kanthi listrik, kalebu LED, bisa diwujudake. Kombinasi sing padha saka bahan van der Waals lan polariton wis diwujudake sadurunge, kaya sing dicritakake para peneliti. Nanging, ing tulisan sadurunge, sistem sing diasilake rumit lan ora sampurna, lan ora nuduhake potensial lengkap saben komponen.
Salah sawijining gagasan sing diilhami dening para leluhur yaiku nggunakake platform materi rong dimensi. Ing kasus iki, bisa dileksanakake piranti kanthi lapisan emisi tipis atom sing bisa digabungake karo bahan vdW liyane sing tumindak minangka kontak (graphene) lan alangan tunneling (hBN). Kajaba iku, rong dimensi iki ndadekake bisa nggabungake LED polariton karo bahan vdW sing nduweni sifat magnetik sing ora biasa, superkonduktivitas sing kuat, lan / utawa transfer topologi sing ora standar. Minangka asil kombinasi kasebut, sampeyan bisa entuk jinis piranti sing anyar, sing sifate bisa banget ora biasa. Nanging, kaya sing dikandhakake para ilmuwan, iki minangka topik kanggo sinau liyane.
Gambar #1
Ing gambar 1a nuduhake model telung dimensi saka piranti sing meh podho kue lapis. Pangilon ndhuwur resonator optik yaiku lapisan perak, lan sing paling ngisor yaiku 12 lapisan sing disebarake. Reflektor Bragg *. Ana zona trowongan ing wilayah aktif.
Reflektor Bragg sing disebarake * - struktur sawetara lapisan, ing ngendi indeks bias materi diganti kanthi periodik jejeg ing lapisan kasebut.
Zona trowongan kasusun saka heterostructure vdW dumadi saka monolayer WS2 (emitor cahya), lapisan hBN tipis ing loro-lorone saka monolayer (halangan trowongan) lan graphene (elektroda transparan kanggo introduksi elektron lan bolongan).
Loro lapisan WS2 liyane ditambahake kanggo nambah kekuatan sakabèhé saka osilator lan Empu duwe luwih pocapan Rabi pisah saka negara polariton.
Mode operasi resonator disetel kanthi ngganti kekandelan lapisan PMMA (polymethyl methacrylate, yaiku plexiglass).
Gambar Gambar 1b iki gambar asli seko saka heterostructure vdW ing lumahing reflektor Bragg mbagekke. Amarga reflektivitas dhuwur saka reflektor Bragg sing disebarake, yaiku lapisan ngisor, zona terowongan ing gambar kasebut nduweni kontras refleksi sing kurang banget, minangka asil mung lapisan kandel ndhuwur hBN sing diamati.
Grafik 1 nggambarake diagram zona saka heterostructure vdW ing geometri trowongan ing pamindahan. Electroluminescence (EL) diamati ing ndhuwur voltase batesan nalika tingkat Fermi saka ndhuwur (ngisor) graphene dipindhah ndhuwur (ngisor) pita konduksi (valensi) WS2, saéngga sawijining elektron (bolongan) kanggo trowongan menyang konduksi WS2 (valensi). band. Iki nggawe kahanan sarujuk kanggo tatanan excitons ing lapisan WS2 ngiring dening radiative (radiative) elektron-bolongan rekombinasi.
Boten kados pemancar cahya adhedhasar persimpangan pn, sing mbutuhake doping kanggo operate, EL saka piranti trowongan gumantung mung ing arus trowongan, sing ngindhari kerugian optik lan owah-owahan ing resistivity sing disebabake owah-owahan suhu. Ing wektu sing padha, arsitektur trowongan ngidini area radiasi sing luwih gedhe dibandhingake karo piranti dichalcogenide adhedhasar persimpangan pn.
Gambar Gambar 1d nuduhake karakteristik listrik saka kerapatan arus tunneling (J) minangka fungsi tegangan bias (V) antarane elektroda graphene. Tambah tajem ing saiki kanggo loro voltase positif lan negatif nuduhake kedadeyan saka saiki tunneling liwat struktur. Ing ketebalan optimal lapisan hBN (~ 2 nm), arus tunneling sing signifikan lan paningkatan umur operator sing ditanem kanggo rekombinasi radiasi diamati.
Sadurunge eksperimen electroluminescence, piranti kasebut ditondoi kanthi reflektansi cahya putih kanthi resolusi sudut kanggo ngonfirmasi anané ikatan exciton sing kuwat.
Gambar #2
Ing gambar 2a spektrum reflektansi sing ditanggulangi sudut saka wilayah aktif piranti ditampilake, nuduhake prilaku anti-nyebrang. Photoluminescence (PL) uga diamati kanthi eksitasi non-resonansi (460 nm), nuduhake emisi kuat saka cabang ngisor polariton lan emisi sing luwih lemah saka cabang ndhuwur polariton (2b).
Ing 2 dispersi electroluminescence saka polariton ditampilake kanggo sisipan 0.1 μA / μm2. Pemisahan Rabi lan detuning resonator sing dipikolehi kanthi nyetel mode osilator (garis putih padat lan titik) ing eksperimen electroluminescence yaiku ～33 meV lan ～-13 meV, masing-masing. Detuning resonator ditetepake minangka δ = Ec - Ex, ing ngendi Ex minangka energi exciton lan Ec minangka energi foton resonator kanthi momentum nol ing bidang. Jadwal 2d iku Motong ing sudhut beda saka sawur electroluminescent. Ing kene siji bisa ndeleng kanthi jelas panyebaran mode polariton ndhuwur lan ngisor kanthi anticrossing sing kedadeyan ing zona resonansi exciton.
Gambar #3
Nalika arus tunneling mundhak, intensitas EL total mundhak. EL lemah saka polariton diamati cedhak bias ambang (3a), nalika ing owah-owahan sing cukup gedhe ing ndhuwur ambang, emisi polariton dadi béda (3b).
Ing gambar 3 nuduhake grafik polar saka intensitas EL minangka fungsi sudut, nggambarake kerucut emisi sempit ± 15 °. Pola radiasi tetep praktis ora owah kanggo arus eksitasi minimal (kurva ijo) lan maksimum (kurva oranye). On 3d intensitas terpadu ditampilake kanggo macem-macem obah sapunika trowongan, kang, minangka bisa katon saka graph, cukup linear. Mulane, nambah arus dadi nilai sing dhuwur bisa nyebabake panyebaran polariton sing sukses ing cabang ngisor lan nggawe pola radiasi sing sempit banget amarga generasi polariton. Nanging, ing eksperimen iki, iki ora bisa ditindakake amarga watesan sing ana gandhengane karo risak dielektrik saka penghalang tunneling hBN.
titik abang ing 3d nuduhake pangukuran indikator liyane - njaba efisiensi kuantum *.
Efisiensi Kuantum* yaiku rasio jumlah foton sing panyerepan njalari pembentukan kuasipartikel karo gunggunge foton sing diserap.
Efisiensi kuantum sing diamati bisa dibandhingake karo LED polariton liyane (adhedhasar bahan organik, tabung karbon, lsp.). Perlu dicathet yen kekandelan lapisan pemancar cahya ing piranti sing diteliti mung 0.7 nm, dene ing piranti liyane nilai iki luwih dhuwur. Para ilmuwan ora ndhelikake kasunyatan manawa indeks efisiensi kuantum piranti kasebut ora paling dhuwur, nanging bisa ditambah kanthi nempatake monolayer luwih akeh ing zona terowongan, dipisahake dening lapisan tipis hBN.
Peneliti uga nguji pengaruh detuning resonator ing EL polariton kanthi nggawe piranti liyane, nanging kanthi detuning sing luwih kuat (-43 meV).
Gambar #4
Ing gambar 4a Spektrum EL ditampilake kanthi resolusi sudut piranti kasebut kanthi kapadhetan saiki 0.2 μA / μm2. Amarga detuning kuwat, piranti nuduhake efek bottleneck pocapan ing EL karo emisi maksimum dumadi ing amba amba. Iki luwih dikonfirmasi ing gambar. 4b, ing ngendi plot kutub piranti iki dibandhingake karo pisanan (2).
Kanggo kenalan sing luwih rinci karo nuansa sinau, aku nyaranake ndeleng .
Epilogue
Mangkono, kabeh pengamatan lan pangukuran ing ndhuwur konfirmasi anané electroluminescence polariton ing heterostructure vdW sing ditempelake ing microcavity optik. Arsitèktur trowongan piranti sing diteliti njamin introduksi elektron / bolongan lan rekombinasi ing monolayer WS2, sing dadi pemancar cahya. Penting, mekanisme trowongan piranti kasebut ora mbutuhake paduan komponen, sing nyuda kerugian lan macem-macem owah-owahan sing gegandhengan karo suhu.
Ditemokake yen EL nduweni directivity dhuwur amarga dispersi resonator. Mulane, ningkatake faktor kualitas resonator lan pasokan saiki sing luwih dhuwur bakal ningkatake efisiensi LED microcavity, uga polariton microcavity sing dikontrol kanthi listrik lan laser foton.
Karya iki sepisan maneh dikonfirmasi sing dichalcogenides logam transisi duwe sifat saestu unik lan sawetara banget saka sudhut aplikasi.
Panliten lan panemuan inovatif kasebut bisa nyebabake pangembangan lan panyebaran teknologi transmisi data liwat LED lan cahya dhewe. Teknologi futuristik kasebut kalebu Li-Fi, sing bisa nyedhiyakake kecepatan sing luwih cepet tinimbang Wi-Fi sing saiki kasedhiya.
Matur nuwun kanggo manungsa waé, tetep penasaran lan duwe minggu apik everyone! 🙂
Matur nuwun kanggo tetep karo kita. Apa sampeyan seneng karo artikel kita? Pengin ndeleng konten sing luwih menarik? Ndhukung kita kanthi nggawe pesenan utawa menehi rekomendasi menyang kanca, Diskon 30% kanggo pangguna Habr ing analog unik saka server level entri, sing diciptakake kanggo sampeyan: (kasedhiya karo RAID1 lan RAID10, munggah 24 intine lan nganti 40GB DDR4).
Dell R730xd 2 kaping luwih murah? Mung kene ing Walanda! Dell R420 - 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB - saka $99! Maca babagan
Source: www.habr.com