Nandritra ny taona maro, ny mpahay siansa avy amin'ny lafivalon'izao tontolo izao dia nanao zavatra roa - ny famoronana sy ny fanatsarana. Ary indraindray dia tsy mazava hoe iza no sarotra kokoa. Raiso, ohatra, ny LED tsotra, izay toa tsotra sy mahazatra amintsika ka tsy miraharaha azy ireo akory. Fa raha manampy excitons vitsivitsy, polariton kely sy tungstène disulfide mba hanandrana, LEDs dia tsy ho prosaic intsony. Ireo teny abstruse rehetra ireo dia anaran'ny singa tena tsy mahazatra, ny fitambaran'izany dia nahafahan'ny mpahay siansa avy ao amin'ny City College of New York hamorona rafitra vaovao afaka mampita vaovao haingana amin'ny fampiasana hazavana. Ity fivoarana ity dia hanampy amin'ny fanatsarana ny teknolojia Li-Fi. Inona no tena akora amin'ny teknolojia vaovao nampiasaina, inona ny fomba fanamboarana ho an'ity "sakafo" ity ary inona ny fahombiazan'ny LED exciton-polariton vaovao? Ny tatitra nataon’ny mpahay siansa no hilaza amintsika momba izany. Mandehana.
Fototry ny fianarana
Raha tsotsotra amin'ny teny iray ny zava-drehetra, dia maivana io teknolojia io ary ny zavatra rehetra mifandray aminy. Voalohany indrindra, ny polaritons, izay mipoitra rehefa mifandray amin'ny fientanentanana ny mpanelanelana ny foton (phonons, excitons, plasmons, magnons, sns.). Faharoa, ny excitons dia fientanam-po elektronika amin'ny dielectric, semiconductor na metaly izay mifindra monina manerana ny kristaly ary tsy mifandray amin'ny famindrana fiampangana elektrika sy faobe.
Zava-dehibe ny manamarika fa ireo quasiparticles ireo dia tia mangatsiaka be, i.e. Tsy hita afa-tsy amin'ny mari-pana ambany dia ambany ny asan'izy ireo, izay mametra be ny fampiharana azy. Fa teo aloha izany. Tamin'ity asa ity, ny mpahay siansa dia afaka nandresy ny fetran'ny mari-pana ary nampiasa azy ireo tamin'ny mari-pana amin'ny efitrano.
Ny singa fototra amin'ny polariton dia ny fahafahana mamatotra ny foton'ny tsirairay. Ny foton'ny fifandonana amin'ny atoma rubidium dia mahazo faobe. Ao anatin'ny dingan'ny fifandonana miverimberina, ny foton'ny fotony dia mifamadika, saingy amin'ny tranga tsy fahita firy dia mamorona tsiroaroa sy triplets izy ireo, ary very ny singa atomika asehon'ny atoma rubidium.
Fa mba hanaovana zavatra amin'ny hazavana dia mila misambotra azy ianao. Mba hanaovana izany dia ilaina ny resonator optika, izay fitambarana singa mitaratra izay mamorona onjam-pahazavana mijoro.
Amin'ity fandalinana ity, ny anjara asa manan-danja indrindra dia ataon'ny quasiparticle tsy mahazatra kokoa - exciton-polaritons, izay miforona noho ny fampifandraisana matanjaka ny excitons sy ny fotony voafandrika ao anaty lavaka optika.
Tsy ampy anefa izany, satria ilaina ny fototra ara-materialy. Ary iza no tsara kokoa noho ny transition metal dichalcogenide (TMD) handray an'io andraikitra io? Ny marimarina kokoa, ny monolayer WS2 (tungstène disulfide) dia nampiasaina ho fitaovana famotsorana, izay manana angovo mamatotra exciton mahavariana, izay nanjary iray amin'ireo fepetra fototra amin'ny fisafidianana ny fototra ara-nofo.
Ny fampifangaroana ireo singa rehetra voalaza etsy ambony dia nahafahana namorona LED polariton mifehy elektrika miasa amin'ny mari-pana amin'ny efitrano.
Mba hahatanteraka an'io fitaovana io, dia misy monolayer an'ny WS2 mipetaka eo anelanelan'ny sakana tonelina hexagonal boron nitride (hBN) misy sosona graphene miasa toy ny electrodes.
Valin'ny fikarohana
WS2, izay dichalcogenide metaly tetezamita, dia fitaovana van der Waals (vdW) manify atomika. Izany dia miresaka momba ny elektrônika tokana, optika, mekanika ary mafana.
Miaraka amin'ny fitaovana vdW hafa, toy ny graphene (toy ny conducteur) sy ny boron nitride hexagonal (hBN, ho insulator), dia azo tanterahina ny fitaovana semiconductor fehezin'ny herinaratra, izay misy LED. Ny fitambarana mitovitovy amin'ny fitaovana van der Waals sy ny polariton dia efa nitranga teo aloha, araka ny nambaran'ny mpikaroka ampahibemaso. Na izany aza, tamin'ny asa teo aloha dia sarotra sy tsy lavorary ireo rafitra naterak'izany, ary tsy naneho ny fahafahan'ny singa tsirairay.
Ny iray amin'ireo hevitra izay nentanin'ny teo aloha dia ny fampiasana sehatra ara-materialy roa. Amin'ity tranga ity, azo atao ny mahatsapa fitaovana misy sosona manify atomika, izay azo ampidirina amin'ny fitaovana vdW hafa miasa toy ny fifandraisana (graphene) sy sakana tonelina (hBN). Fanampin'izany, ny lafiny roa toy izany dia ahafahana manambatra ny LED polariton miaraka amin'ny fitaovana vdW izay manana fananana magnetika tsy mahazatra, superconductivity mahery ary / na famindrana topolojika tsy manara-penitra. Vokatry ny fampifangaroana toy izany dia azo alaina karazana fitaovana vaovao tanteraka, ny fananana izay mety tsy mahazatra. Saingy, araka ny filazan'ny mpahay siansa, lohahevitra ho an'ny fandalinana hafa ity.
Sary #1
Ao amin'ny sary 1a mampiseho modely misy lafiny telo amin'ny fitaovana iray mitovy amin'ny mofomamy sosona. Ny fitaratra ambony amin'ny resonator optika dia sosona volafotsy, ary ny fitaratra ambany dia 12-sosona zaraina. Bragg reflector*. Ny faritra mavitrika dia misy faritra tonelina.
Reflecteur Bragg nozaraina* - firafitry ny sosona maromaro izay miova tsindraindray ny mari-pamantarana ara-nofo amin'ny sosona.
Ny faritry ny tonelina dia misy heterostructure vdW misy monolayer WS2 (mazava emitter), sosona manify hBN eo amin'ny andaniny roa amin'ny monolayer (sakantsakana tonelina) ary graphene (electrodes mangarahara amin'ny fampidirana elektronika sy lavaka).
Nisy sosona WS2 roa fanampiny nampiana mba hampitombo ny tanjaky ny oscillator amin'ny ankapobeny ary noho izany dia hamokatra kokoa ny fizarazarana Rabi amin'ny fanjakana polariton.
Ny fomba fiasan'ny resonator dia amboarina amin'ny fanovana ny hatevin'ny sosona PMMA (polymethyl methacrylate, izany hoe plexiglass).
Image Image 1b Ity dia sarin'ny heterostructure vdW eo ambonin'ny reflektera Bragg zaraina. Noho ny fisaintsainana avo ny reflektera Bragg zaraina, izay sosona ambany, ny faritry ny tonelina ao amin'ny sary dia manana fifanoherana ambany dia ambany, ka ny tampony matevina hBN ihany no voamarika.
fandaharam-potoana 1c dia ny kisarisary faritra vdW amin'ny heterostructure ao amin'ny jeometria tonelina eo ambany fifindran'ny. Ny electroluminescence (EL) dia voamarika eo ambonin'ny boltsan'ny tokonam-baravarana rehefa afindra any ambony (ambany) ny haavon'ny Fermi amin'ny graphene ambony (ambany) amin'ny tarika conduction (valence) an'ny WS2, mamela ny electron (lavaka) hiditra ao amin'ny conduction (valence) Vidin'ny WS2. Izany dia miteraka fepetra tsara ho an'ny fananganana excitons ao amin'ny sosona WS2 miaraka amin'ny radiative (radiative) electron-hole recombination manaraka.
Tsy toy ny pn junction light emitters, izay mitaky doping mba hiasa, EL avy amin'ny tonelina fitaovana dia miankina fotsiny amin'ny tonelina ankehitriny, misoroka ny Optical fatiantoka sy ny fiovana rehetra amin'ny resistivity vokatry ny fiovan'ny mari-pana. Mandritra izany fotoana izany, ny rafitry ny tonelina dia mamela faritra fivoahana lehibe kokoa raha oharina amin'ny fitaovana dichalcogenide mifototra amin'ny pn junctions.
Image Image 1d mampiseho ny toetra elektrônika ny hakitroky ny tonelina (J) ho toy ny fiasan'ny voltase mitongilana (V) eo anelanelan'ny electrodes graphene. Ny fisondrotana mahery vaika amin'izao fotoana izao ho an'ny voly tsara sy ratsy dia manondro ny fisian'ny tonelina amin'ny alàlan'ny rafitra. Ao amin'ny hatevin'ny hBN tsara indrindra (~ 2 nm), misy tonelina lehibe sy fitomboan'ny androm-piainan'ireo mpitatitra tafiditra ho an'ny recombination radiative.
Talohan'ny nanaovany ny fanandramana electroluminescence, ny fitaovana dia miavaka amin'ny zoro-voavaha ny hazavana fotsy reflectance mba hanamafisana ny fisian'ny mafy excitonic coupling.
Sary #2
Ao amin'ny sary 2a Ny spektra taratry ny zoro voavaha avy amin'ny faritra mavitrika amin'ny fitaovana dia aseho, mampiseho fihetsika manohitra ny fiampitana. Ny Photoluminescence (PL) dia hita ihany koa teo ambanin'ny fientanam-po tsy misy resonant (460 nm), mampiseho ny fivoahana mahery vaika avy amin'ny sampana polariton ambany ary ny fivoahana malemy kokoa avy amin'ny sampana polariton ambony (2b).
amin'ny 2c mampiseho ny fiparitahan'ny electroluminescence polariton amin'ny tahan'ny tsindrona 0.1 μA / μm2. Ny fizarazaran'ny Rabi sy ny fanalefahana ny lavaka azo tamin'ny fametrahana ny maody oscillator (tsipika fotsy mivaingana sy tapaka) amin'ny fanandramana EL dia ～33 meV sy ～-13 meV, tsirairay avy. Ny detuning cavity dia faritana ho δ = Ec − Ex, izay ny Ex dia ny angovo exciton ary ny Ec dia manondro ny angovo foton'ny vongan-drivotra zero. fandaharam-potoana 2d Ity dia tapaka amin'ny zoro samihafa amin'ny fiparitahan'ny electroluminescent. Eto dia hita mazava tsara ny fiparitahan'ny maodely polariton ambony sy ambany miaraka amin'ny anticrossing ao amin'ny faritra exciton resonance.
Sary #3
Rehefa mitombo ny ankehitriny tonelina dia mitombo ny hamafin'ny EL ankapobeny. Ny EL malemy avy amin'ny polaritons dia hita eo akaikin'ny fiovan'ny tokonam-baravarana (3a), raha amin'ny fifindran'ny toerana lehibe eo ambonin'ny tokonam-baravarana dia lasa miavaka ny famoahana polariton (3b).
Ao amin'ny sary 3c mampiseho ny polar ny hamafin'ny EL ho toy ny fiasan'ny zoro, mampiseho ny emission cone ± 15 °. Ny lamin'ny taratra dia mijanona ho tsy miova ho an'ny kely indrindra (curve maitso) sy ambony indrindra (curve voasary). On 3d mampiseho ny hamafin'ny mitambatra ho an'ny tonelina mihetsiketsika isan-karazany, izay, araka ny hita amin'ny sary, dia somary linear. Noho izany, ny fampitomboana ny ankehitriny amin'ny soatoavina ambony dia mety hitarika amin'ny fanaparitahana ny polariton amin'ny sampana ambany ary hamorona lamina famotsorana tena tery noho ny famokarana polariton. Na izany aza, tamin'ity andrana ity dia tsy azo natao izany noho ny famerana mifandraika amin'ny fahatapahan'ny dielectric amin'ny sakana tonelina hBN.
Teboka mena 3d mampiseho fandrefesana iray hafa famantarana - ivelany ny fahombiazan'ny quantum*.
Ny fahombiazan'ny quantum* - ny tahan'ny isan'ny fotona, ny fisondrotana izay nahatonga ny fiforonan'ny quasiparticles, amin'ny fitambaran'ny isan'ny foton'entana.
Ny fahombiazan'ny quantum voamarika dia azo oharina amin'ny LED polariton hafa (mifototra amin'ny akora organika, fantsona karbonina, sns.). Tsara homarihina fa ao amin'ny fitaovana eo am-pandinihana ny hatevin'ny hazavana-emitting sosona dia 0.7 nm ihany, fa amin'ny fitaovana hafa io sanda io dia ambony kokoa. Ny mpahay siansa dia tsy manafina ny zava-misy fa tsy ny avo indrindra ny fahombiazan'ny fitaovany, fa azo ampitomboina izany amin'ny fametrahana monolayers maromaro kokoa ao anatin'ny faritry ny tonelina, misaraka amin'ny sosona manify hBN.
Ny mpikaroka koa dia nanandrana ny fiantraikan'ny resonator detuning amin'ny polariton EL amin'ny fanaovana fitaovana hafa, fa miaraka amin'ny detuning mahery kokoa (-43 meV).
Sary #4
Ao amin'ny sary 4a Ny spectra EL miaraka amin'ny famaha angular an'ny fitaovana toy izany dia aseho amin'ny hakitroky amin'izao fotoana izao 0.2 μA / μm2. Noho ny detuning mahery vaika, ny fitaovana dia mampiseho fiantraikany bottleneck voalaza ao amin'ny EL miaraka amin'ny fivoahana ambony indrindra mitranga amin'ny zoro lehibe. Mbola voamarina amin'ny sary izany 4b, izay ampitahaina amin'ny voalohany ny sarin'ity fitaovana ity (2c).
Ho an'ny fahatakarana bebe kokoa momba ny nuances amin'ny fianarana dia manoro hevitra aho ny hijery .
epilogue
Noho izany, ny fandinihana sy ny fandrefesana rehetra voalaza etsy ambony dia manamafy ny fisian'ny electroluminescence polariton ao amin'ny heterostructure vdW natsangana ho microcavity optika. Ny rafitry ny tonelina amin'ny fitaovana eo am-pandinihana dia miantoka ny fampidirana ny elektronika / lavaka sy ny recombination ao amin'ny monolayer WS2, izay miasa ho toy ny jiro. Zava-dehibe fa ny rafitra tonelina ny fitaovana dia tsy mitaky alloying ny singa, izay manamaivana ny fatiantoka sy ny hafanana isan-karazany mifandray amin'ny fiovana.
Hita fa manana directivity avo ny EL noho ny fiparitahan'ny resonator. Noho izany, ny fanatsarana ny fatran'ny kalitaon'ny cavity sy ny fandefasana amin'izao fotoana izao dia hanatsara ny fahombiazan'ny LED microcavity, ary koa ny polariton microcavity mifehy elektrika sy laser photonic.
Ity asa ity dia nanamafy indray fa ny dichalcogenides metaly tetezamita dia manana toetra tsy manam-paharoa ary tena maro be ny fampiharana.
Ny fikarohana sy ny famoronana zava-baovao toy izany dia mety hisy fiantraikany lehibe amin'ny fivoarana sy ny fiparitahan'ny teknolojia fampitana angon-drakitra amin'ny fampiasana LED sy hazavana. Ny teknolojia futuristic toy izany dia misy ny Li-Fi, izay afaka manome hafainganam-pandeha ambony kokoa noho ny Wi-Fi misy ankehitriny.
Misaotra namaky, mijanòna liana ary mirary herinandro mahafinaritra ry zalahy! 🙂
Misaotra anao nijanona niaraka taminay. Tianao ve ny lahatsoratray? Te hahita votoaty mahaliana kokoa? Tohano izahay amin'ny fametrahana baiko na fanolorana amin'ny namana, fihenam-bidy 30% ho an'ny mpampiasa Habr amin'ny analogue tokana amin'ny mpizara ambaratonga fidirana, izay noforoninay ho anao: (misy miaraka amin'ny RAID1 sy RAID10, hatramin'ny 24 cores ary hatramin'ny 40GB DDR4).
Dell R730xd in-2 mora kokoa? Eto ihany any Holandy! Dell R420 - 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB - manomboka amin'ny $99! Vakio ny momba ny
Source: www.habr.com