Ji gelek salan ve, zanyarên ji çar aliyên cîhanê du tiştan dikin - îcad û başkirin. Û carinan ne diyar e ka kîjan dijwartir e. Mînakî, LED-ên asayî bigirin, ku ji me re ew qas hêsan û asayî xuya dikin ku em guh nadin wan jî. Lê heke hûn çend eksîton, piçek polarîton û dîsulfîdê tungstenê bi tama xwe lê zêde bikin, LED dê êdî ew qas prozaîk nebin. Hemî van şertên nerast navên hêmanên pir neasayî ne, ku bihevrebûna wan destûr da zanyarên ji Zanîngeha City of New York-ê ku pergalek nû biafirînin ku bikaribe bi karanîna ronahiyê pir zû agahdarî veguhezîne. Ev pêşkeftin dê alîkariya baştirkirina teknolojiya Li-Fi bike. Kîjan malzemeyên tam ên teknolojiya nû hatine bikar anîn, reçeteya vê "xwarinê" çi ye û karbidestiya xebitandina LED-a nû ya exciton-polariton çi ye? Rapora zanyaran dê li ser vê yekê ji me re vebêje. Ajotin.
Bingeha lêkolînê
Ger em her tiştî bi yek peyvê hêsan bikin, wê hingê ev teknolojî sivik e û her tişt pê ve girêdayî ye. Ya yekem, polaritons, ku dema ku foton bi heyecanên navîn (fonon, eksîton, plazmon, magnon, hwd.) re têkildar dibin, derdikevin. Ya duyemîn, eksîton di dîelektrîk, nîvconduktor an metal de heyecanên elektronîkî ne ku li seranserê krîstalê koç dikin û bi veguheztina bar û girseya elektrîkê ve girêdayî ne.
Girîng e ku were zanîn ku ev qeder pir ji sermayê hez dikin, yanî. Çalakiya wan tenê di germahiyên pir nizm de dikare were dîtin, ku ev pir karanîna pratîkî ya wan sînordar dike. Lê ew berê bû. Di vê xebatê de, zanyar karîbûn sînorkirina germahiyê derbas bikin û wan di germahiya odeyê de bikar bînin.
Taybetmendiya sereke ya polarîtonan şiyana girêdana fotonan bi hev re ye. Fotonên ku bi atomên rûbidyûmê re li hev dikevin girseyê digirin. Di pêvajoya pevçûnên dubare de, foton ji hev vediqetin, lê di rewşên kêm de ew cot û sêçikan çêdikin, di heman demê de pêkhateya atomê ku ji hêla atoma rubidyûm ve tê temsîl kirin winda dikin.
Lê ji bo ku hûn tiştek bi ronahiyê bikin, hûn hewce ne ku wê bigirin. Ji bo vê yekê, resonatorek optîkî hewce ye, ku komek hêmanên berbiçav e ku pêlekek ronahiyê ya rawestayî pêk tîne.
Di vê lêkolînê de, rola herî girîng ji hêla quasiparticles-ên neasayîtir ve têne lîstin - exciton-polaritons, ku ji ber hevgirtina xurt a exciton û fotonên ku di nav valahiyek optîkî de hatine girtin têne çêkirin.
Lê belê ev têrê nake, ji ber ku bingehek madî hewce ye, bi vî awayî. Û kî ji dichalcogenide metalê veguherîn (TMD) çêtir dê vê rolê bilîze? Zêdetir, monolayek WS2 (tungsten disulfide) wekî materyalê belavkirî hate bikar anîn, ku xwedan enerjiyên girêdana eksîtonê yên balkêş e, ku bû yek ji pîvanên sereke ji bo hilbijartina bingeha materyalê.
Kombûna hemî hêmanên ku li jor hatine destnîşan kirin ev gengaz kir ku meriv LED-ya polarîton a bi elektrîkî ya kontrolkirî ku li germahiya odeyê dixebite were afirandin.
Ji bo têgihîştina vê cîhazê, yekrengek WS2 di navbera astengên tûnelê yên nîtrîd boron hexagonal (hBN) de bi qatên grafene ku wekî elektrodê tevdigerin de tê xistin.
Encamên lêkolînê
WS2, ku dîkalkojenîdek metalê ya veguhêz e, di heman demê de materyalek van der Waals (vdW) jî ji hêla atomê ve zirav e. Ev ji taybetmendiyên wê yên elektrîkî, optîkî, mekanîkî û germî yên yekta diaxive.
Bi tevhevkirina materyalên din ên vdW, wekî grafene (wek rêvebir) û nîtrîda boronê hexagonal (hBN, wekî îzolator), dikare tevahiyek ji amûrên nîvconduktorê yên bi elektrîkî ve têne kontrol kirin, ku LED-an jî di nav de ne, pêk bînin. Wekî ku lêkolîner bi eşkereyî diyar dikin, berhevokên bi vî rengî yên materyalên van der Waals û polaritons berê jî hatine fêm kirin. Lêbelê, di karên berê de, pergalên encam tevlihev û bêkêmasî bûn, û potansiyela tevahî ya her pêkhateyê eşkere nekir.
Yek ji ramanên ku ji hêla pêşekan ve hatî îlham kirin, karanîna platformek materyalê ya du-alî bû. Di vê rewşê de, gengaz e ku meriv cîhazên bi qatên emelê yên atomî tenik, yên ku dikarin bi materyalên din ên vdW re ku wekî têkilî (grafene) û astengên tunelê (hBN) tevdigerin re were yek kirin. Digel vê yekê, du-dimensîyoneliyek wusa gengaz dike ku LED-yên polarîton bi materyalên vdW yên ku xwedan taybetmendiyên magnetîkî yên neasayî, superconductivity û / an veguheztinên topolojîk ên ne-standard in hev bikin. Di encama berhevokek wusa de, amûrek bi tevahî nû dikare were bidestxistin, taybetmendiyên ku dikare pir neasayî be. Lê, wekî ku zanyar dibêjin, ev mijarek ji bo lêkolînek din e.
Wêne #1
Di wêneyê de 1a modela sê-alî ya amûrek ku dişibe kekek qat nîşan dide. Neynika jorîn a resonatora optîkî qatek zîv e, û neynika jêrîn ji 12 qatek belavkirî ye. Reflektore Bragg*. Li herêma çalak qadeke tunelê heye.
Reflektore Bragg belavkirî* - avahiyek ji çend tebeqeyên ku tê de indexa refraksiyonê ya materyalê bi perîyodîk berbi qatan diguhere.
Devera tunelê ji heterostrukturek vdW pêk tê ku ji yekrengek WS2 (berbilavkirina ronahiyê), qatên zirav ên hBN li her du aliyên yekparêzê (astengiya tunelê) û grafene (elektrodên şefaf ên ji bo danasîna elektron û kulan) pêk tê.
Du qatên din ên WS2 hatin zêdekirin da ku hêza giştî ya oscillatorê zêde bikin û ji ber vê yekê perçebûna Rabî ya dewletên polarîton eşkeretir çêbike.
Moda xebitandinê ya resonatorê bi guheztina qalindahiya qata PMMA (polymethyl methacrylate, ango plexiglass) ve tête rêve kirin.
Image Image 1b Ev dîmenek heterostrukturek vdW ye ku li ser rûyê refleksorek Bragg-ê belavkirî ye. Ji ber refleksa bilind a refleksa Braggê ya belavkirî, ku qata jêrîn e, devera tunelê ya di wêneyê de berevajî reflekseke pir kêm heye, di encamê de tenê tebeqeya hBN ya qalind a jorîn tê dîtin.
Graph 1s diyagrama herêma vdW ya heterostruktura di geometriya tunelê de di bin jicîhkirinê de nîşan dide. Elektroluminescence (EL) li jor voltaja behrê tê dîtin dema ku asta Fermî ya grafena jorîn (jêr) li jor (jêr) bendera veguheztinê (valans) ya WS2 tê guheztin, ku destûrê dide elektronek (holek) ku tunelekê bikeve nav rêvekirinê (valans) koma WS2. Ev şert û mercên guncan ji bo pêkhatina eksîtonan di tebeqeya WS2 de bi dû rekombînasyona elektron-holê ya radyasyonê (radîatîf) diafirîne.
Berevajî emînerên ronahiyê yên hevberdanê yên pn, ku ji bo xebitandinê hewceyê dopingê ne, EL ji cîhazên tunelê tenê bi heyama tunelê ve girêdayî ye, ji windahiyên optîkî û ji her guhertinên berxwedanê yên ku ji ber guheztinên germahiyê çêdibin dûr dikeve. Di heman demê de, mîmariya tunelê rê dide herêmek belavbûnê ya pir mezintir li gorî cîhazên dichalcogenide ku li ser bingeha girêdanên pn-ê ne.
Image Image 1d taybetiyên elektrîkê yên dendika niha ya tunekirinê nîşan dide (J) wekî fonksiyona voltaja bias (V) di navbera elektrodên grafene de. Zêdebûnek hişk a herikê hem ji bo voltaja erênî hem jî ji bo voltaja negatîf peydabûna tîrêja tunelêkirinê di nav strukturê de destnîşan dike. Li stûrbûna herî baş a qatên hBN (~ 2 nm), herikînek tunelkirinê ya girîng û zêdebûnek di temenê hilgirên pêvekirî de ji bo veavakirina radyasyonê tê dîtin.
Berî ku ezmûna elektroluminescence were meşandin, amûr bi refleksa ronahiya spî ya ku bi goşeyê ve hatî çareser kirin hate destnîşan kirin da ku hebûna girêdanek eksîtonîkî ya bihêz piştrast bike.
Wêne #2
Di wêneyê de 2a Spektrên refleksê yên ku bi goşeyê ve hatine çareser kirin ji devera çalak a cîhazê têne xuyang kirin, ku tevgera dijî-derbasbûnê nîşan dide. Fotoluminescence (PL) jî di bin heyecana ne-resonant (460 nm) de hate dîtin, ku ji şaxê polarîtonê jêrîn û emeliyata qelstir ji şaxê polaritona jorîn nîşan dide.2b).
li ser 2s belavbûna elektroluminescence ya polariton bi rêjeya derzîlêdanê ya 0.1 μA / μm2 nîşan dide. Parçebûna Rabi û veqetandina valahiyê ya ku bi guncankirina modên oscilatorê (xêza spî ya hişk û şikestî) bi ceribandina EL-ê ve hatî wergirtin, bi rêzê ～33 meV û ～-13 meV in. Veqetandina valahiyê wekî δ = Ec - Ex tê pênase kirin, ku Ex enerjiya eksîtonê ye û Ec enerjiya fotonê ya valahiya zero-momentum a di balafirê de destnîşan dike. Pîlan 2d Ev qutbûnek li aliyeyên cihêreng ji belavbûna elektroluminescentê ye. Li vir, belavbûna modên polarîtonê yên jorîn û jêrîn ên bi antîcrossing re ku di qada resonansê ya exciton de pêk tê bi zelalî xuya dibe.
Wêne #3
Her ku herikîna tunelkirinê zêde dibe, tundiya giştî ya EL zêde dibe. EL-ya qels a ji polarîtonan li nêzîkê veguheztina berxê tê dîtin (3a), dema ku li jor deverek bi têra xwe mezin veguhezîne, emîsyona polarîton diyar dibe (3b).
Di wêneyê de 3s Pîvanek polar a tundiya EL wekî fonksiyonek goşeyê nîşan dide, ku konek belavbûna teng a ±15° nîşan dide. Nimûneya tîrêjê hem ji bo herî kêm (kevirê kesk) û hem jî ji bo herî zêde (kêmça porteqalî) heya niha neguhêrbar dimîne. Li 3d tundiya yekbûyî ya ji bo herikên tûnelê yên cihêreng nîşan dide, ku, wekî ku ji grafîkê tê dîtin, pir xêz e. Ji ber vê yekê, zêdekirina niha berbi nirxên bilind dikare bibe sedema belavbûna serketî ya polarîtonan li ser şaxê jêrîn û ji ber hilberîna polarîtonê nimûneyek emeliyatê ya pir teng biafirîne. Lêbelê, di vê ceribandinê de ji ber tixûbdariya ku bi têkçûna dielektrîkî ya astengiya tunelê ya hBN ve girêdayî ye, ne gengaz bû ku vê yekê bi dest bixe.
Xalên sor li ser 3d pîvandinên nîşanek din nîşan bidin - derveyî karîgeriya quantum *.
Karbidestiya Kuantum * - Rêjeya hejmara fotonan, ku vegirtina wan bû sedema çêbûna quasiparticles, ji bo hejmara giştî ya fotonên vegirtinê.
Karbidestiya quantumê ya ku tê dîtin bi ya di LED-ên polarîton ên din de (li ser bingeha materyalên organîk, lûleyên karbonê, hwd.) re hevber e. Hêjayî gotinê ye ku di cîhaza di bin lêkolînê de qalindahiya qata ronahiyê tenê 0.7 nm e, lê di cîhazên din de ev nirx pir zêde ye. Zanyar vê rastiyê venaşêrin ku karbidestiya kuantûmê ya cîhaza wan ne ya herî zêde ye, lê ew dikare bi danîna hejmareke mezin a monolaytan di hundurê devera tunelê de, ku bi qatên zirav ên hBN ve têne veqetandin, were zêde kirin.
Lekolînwanan di heman demê de bi çêkirina amûrek din, lê bi veqetandinek bihêztir (-43 meV) bandora veqetandina resonatorê li ser polariton EL ceriband.
Wêne #4
Di wêneyê de 4a Spektrên EL-ê yên bi çareseriya goşeyî ya amûrek wusa di dendika heyî ya 0.2 μA / μm2 de têne xuyang kirin. Ji ber veqetandina bihêz, cîhaz di EL-ê de bandorek şûşê ya berbiçav nîşan dide ku herî zêde emîsyonê di goşeyek mezin de pêk tê. Ev di wêneyê de bêtir piştrast kirin 4b, ku grafikên polar ên vê cîhazê bi ya yekem re têne berhev kirin (2s).
Ji bo têgihîştina hûrgulî ya hûrgelên lêkolînê, ez pêşniyar dikim ku li ser çavan bigerim .
Încîlê
Bi vî rengî, hemî çavdêrî û pîvandinên ku li jor hatine destnîşan kirin hebûna elektroluminescenceya polariton di heterostrukturek vdW de ku di mîkrokaviyek optîkî de hatî çêkirin piştrast dikin. Mîmariya tunelê ya cîhaza di bin lêkolînê de danasîna elektron / çal û ji nû ve hevberdanê di monolayera WS2 de, ku wekî tîrêjek ronahiyê kar dike, misoger dike. Girîng e ku mekanîzmaya tunelê ya amûrê ne hewce ye ku aligirê pêkhateyan, ku windahiyan û guhertinên cihêreng ên girêdayî germahiyê kêm dike.
Hat dîtin ku EL ji ber belavbûna resonatorê xwedan rêwerzek bilind e. Ji ber vê yekê, baştirkirina faktora kalîteya cavity û radestkirina heyama bilind dê karbidestiya LED-yên mîkrokavîteyê, û her weha polarîtonên mîkrokavîteyê û lazerên fotonîkî yên bi elektrîkî têne kontrol kirin baştir bike.
Vê xebatê careke din piştrast kir ku dichalcogenides metalên veguhêz bi rastî taybetmendiyên bêhempa û cûrbecûr serlêdanan hene.
Vekolînên weha û dahênanên nûjen dikarin pir bandor li pêşkeftin û belavbûna teknolojiyên ragihandina daneyê bi karanîna LED û ronahiyê bixwe bikin. Teknolojiyên weha yên paşerojê Li-Fi-yê vedihewîne, ku dikare ji Wi-Fi-ya heyî ya heyî bi lez û beztir peyda bike.
Spas ji bo xwendinê, meraq bimînin û hefteyek xweş hebe heval! 🙂
Spas ji bo ku hûn bi me re bimînin. Ma hûn ji gotarên me hez dikin? Ma hûn dixwazin naveroka balkêştir bibînin? Piştgiriya me bikin bi danîna fermanek an pêşniyarkirina hevalan, 30% erzanî ji bo bikarhênerên Habr li ser analogek bêhempa ya pêşkêşkerên asta têketinê, ku ji hêla me ve ji bo we hatî vedîtin: (bi RAID1 û RAID10, heta 24 core û heya 40 GB DDR4 peyda dibe).
Dell R730xd 2 car erzantir? Tenê li vir li Hollanda! Dell R420 - 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB - ji $99! Li ser bixwînin
Source: www.habr.com