Олон жилийн турш дэлхийн өнцөг булан бүрээс ирсэн эрдэмтэд зохион бүтээх, сайжруулах гэсэн хоёр зүйлийг хийж байна. Заримдаа аль нь илүү хэцүү болох нь тодорхойгүй байдаг. Жишээ нь, бидний хувьд маш энгийн бөгөөд энгийн мэт санагдах энгийн LED-үүдийг авч үзье, бид тэдэнд анхаарал хандуулдаггүй. Гэхдээ хэрэв та хэд хэдэн өдөөгч, чимх поляритон, вольфрамын дисульфид нэмбэл LED нь тийм ч сайн биш байх болно. Эдгээр бүх утгагүй нэр томъёо нь маш ер бусын бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн нэр бөгөөд эдгээрийн хослол нь Нью-Йорк хотын коллежийн эрдэмтэд гэрлийн тусламжтайгаар мэдээллийг маш хурдан дамжуулах чадвартай шинэ системийг бий болгох боломжийг олгосон юм. Энэхүү хөгжил нь Li-Fi технологийг сайжруулахад тусална. Шинэ технологийн яг ямар орц найрлагыг ашигласан бэ, энэ "таваг"-ын жор юу вэ, шинэ экситон-поляритон LED-ийн үйл ажиллагааны үр ашиг юу вэ? Энэ талаар эрдэмтдийн тайлан бидэнд хэлэх болно. Яв.
Судалгааны үндэс
Хэрэв бид бүгдийг нэг үгээр хялбарчлах юм бол энэ технологи нь хөнгөн бөгөөд үүнтэй холбоотой бүх зүйл юм. Нэгдүгээрт, фотонууд нь орчны өдөөлттэй (фонон, экситон, плазмон, магнон гэх мэт) харилцан үйлчлэх үед үүсдэг поляритонууд. Хоёрдугаарт, өдөөлтүүд нь болор даяар шилждэг диэлектрик, хагас дамжуулагч эсвэл металл дахь электрон өдөөлтүүд бөгөөд цахилгаан цэнэг ба массыг шилжүүлэхтэй холбоогүй болно.
Эдгээр хагас бөөмс нь хүйтэнд маш их хайртай гэдгийг анхаарах нь чухал юм. Тэдний үйл ажиллагааг зөвхөн маш бага температурт ажиглах боломжтой бөгөөд энэ нь практик хэрэглээг ихээхэн хязгаарладаг. Гэхдээ энэ нь өмнө нь байсан. Энэ ажилд эрдэмтэд температурын хязгаарлалтыг даван туулж, өрөөний температурт ашиглах боломжтой болсон.
Поляритонуудын гол онцлог нь фотонуудыг хооронд нь холбох чадвар юм. Рубидийн атомуудтай мөргөлдсөн фотонууд массыг олж авдаг. Давтан мөргөлдөх явцад фотонууд бие биенээсээ үсрэх боловч ховор тохиолдолд тэд рубиди атомаар илэрхийлэгдэх атомын бүрэлдэхүүн хэсгийг алдаж, хос, гурвалсан хэлбэрийг үүсгэдэг.
Гэхдээ гэрлээр ямар нэгэн зүйл хийхийн тулд түүнийг барьж авах хэрэгтэй. Үүний тулд оптик резонатор шаардлагатай бөгөөд энэ нь байнгын гэрлийн долгион үүсгэдэг цацруулагч элементүүдийн багц юм.
Энэ судалгаанд хамгийн ер бусын квази бөөмс - оптик хөндийд баригдсан экситон ба фотонуудын хүчтэй холболтын үр дүнд үүсдэг экситон-поляритонууд хамгийн чухал үүрэг гүйцэтгэдэг.
Гэсэн хэдий ч энэ нь хангалттай биш, учир нь материаллаг бааз шаардлагатай гэж хэлж болно. Шилжилтийн металл дихалкогенид (TMD) -ээс илүү хэн энэ үүргийг гүйцэтгэх вэ? Илүү нарийвчлалтай хэлэхэд WS2 (волфрамын дисульфид) моно давхаргыг ялгаруулах материал болгон ашигласан бөгөөд энэ нь гайхалтай өдөөгчтэй холбох энергитэй бөгөөд энэ нь материаллаг баазыг сонгох гол шалгууруудын нэг болсон юм.
Дээр дурдсан бүх элементүүдийн хослол нь өрөөний температурт ажилладаг цахилгаан удирдлагатай поляритон LED-ийг бий болгох боломжийг олгосон.
Энэ төхөөрөмжийг хэрэгжүүлэхийн тулд WS2-ийн нэг давхарга нь электродын үүрэг гүйцэтгэдэг графен давхаргууд бүхий нимгэн зургаан өнцөгт борын нитрид (hBN) хонгилын хооронд хавчуулагдсан байдаг.
Судалгааны үр дүн
WS2 нь шилжилтийн металлын дихалкогенид бөгөөд атомын хувьд нимгэн ван дер Ваальс (vdW) материал юм. Энэ нь түүний цахилгаан, оптик, механик болон дулааны өвөрмөц шинж чанарыг илтгэнэ.
Графен (дамжуулагчийн хувьд) ба зургаан өнцөгт борын нитрид (hBN, тусгаарлагчийн хувьд) зэрэг бусад vdW материалуудтай хослуулан LED гэх мэт цахилгаан удирдлагатай хагас дамжуулагч төхөөрөмжийг бүхэлд нь хийж болно. Ван дер Ваалсын материал ба поляритонуудын ижил төстэй хослолууд өмнө нь аль хэдийн хэрэгжиж байсан гэж судлаачид ил тод хэлж байна. Гэсэн хэдий ч өмнөх ажлуудад үүссэн системүүд нь нарийн төвөгтэй, төгс бус байсан бөгөөд бүрэлдэхүүн хэсэг бүрийн боломжуудыг бүрэн илчилж чадаагүй юм.
Өмнөх үеийнхний урам зориг өгсөн санаануудын нэг бол хоёр хэмжээст материаллаг платформ ашиглах явдал байв. Энэ тохиолдолд контакт (графен) болон хонгилын саад (hBN) үүрэг гүйцэтгэдэг бусад vdW материалуудтай нэгтгэж болох атомын нимгэн ялгаруулагч давхарга бүхий төхөөрөмжүүдийг хэрэгжүүлэх боломжтой. Нэмж дурдахад ийм хоёр хэмжээст чанар нь туйлын LED-ийг ер бусын соронзон шинж чанар, хүчтэй хэт дамжуулалт ба / эсвэл стандарт бус топологийн дамжуулалт бүхий vdW материалтай хослуулах боломжийг олгодог. Ийм хослолын үр дүнд цоо шинэ төрлийн төхөөрөмжийг олж авах боломжтой бөгөөд шинж чанар нь ер бусын байж болно. Гэхдээ эрдэмтдийн хэлснээр энэ бол өөр судалгааны сэдэв юм.
Зураг №1
Зураг дээр 1 давхаргын бялуутай төстэй төхөөрөмжийн гурван хэмжээст загварыг харуулж байна. Оптик резонаторын дээд толь нь мөнгөн давхарга, доод толь нь 12 давхаргатай тархсан байна. Bragg цацруулагч*. Идэвхтэй бүс нь хонгилын бүсийг агуулдаг.
Тархсан Bragg цацруулагч* - материалын хугарлын илтгэгч үе үе үе үе перпендикуляр өөрчлөгддөг хэд хэдэн давхаргын бүтэц.
Тунелийн бүс нь WS2 нэг давхарга (гэрэл ялгаруулагч), нэг давхаргын хоёр тал дахь hBN-ийн нимгэн давхарга (хонгилын хаалт) ба графен (электрон ба нүхийг нэвтрүүлэх тунгалаг электрод) зэргээс бүрдэх vdW гетероструктураас бүрдэнэ.
Осцилляторын нийт хүчийг нэмэгдүүлэхийн тулд WS2-ийн хоёр давхаргыг нэмж, улмаар туйлшралын төлөв байдлын илүү тод Раби хуваагдлыг бий болгосон.
Резонаторын ажиллах горимыг PMMA давхаргын (полиметилметакрилат, жишээлбэл, plexiglass) зузааныг өөрчлөх замаар тохируулдаг.
Зургийн зураг 1b Энэ нь тархсан Bragg цацруулагчийн гадаргуу дээрх vdW гетероструктурын агшин зураг юм. Доод давхарга болох тархсан Bragg цацруулагчийн тусгал өндөртэй тул зураг дээрх хонгилын бүс нь маш бага тусгалын тодосгогчтой тул зөвхөн дээд зузаан hBN давхарга ажиглагддаг.
График 1c шилжилтэнд байгаа хонгилын геометр дэх гетерострукцийн vdW бүсийн диаграммыг илэрхийлнэ. Дээд (доод) графений Ферми түвшин WS2-ийн дамжуулалтын (валент) зурвасаас дээш (доод) шилжиж, электрон (нүх) дамжуулалт (валент) руу хонгил хийх үед цахилгаан люминесцент (EL) нь босго хүчдэлээс дээш ажиглагддаг. WS2 хамтлаг. Энэ нь дараагийн цацрагийн (цацрагт) электрон нүхний рекомбинаци бүхий WS2 давхаргад өдөөлт үүсэх таатай нөхцлийг бүрдүүлдэг.
Допинг шаарддаг pn уулзварын гэрлийн ялгаруулагчаас ялгаатай нь хонгилын төхөөрөмжүүдийн EL нь зөвхөн хонгилын гүйдлээс хамаардаг бөгөөд оптик алдагдал болон температурын өөрчлөлтөөс үүсэх эсэргүүцлийн аливаа өөрчлөлтөөс зайлсхийдэг. Үүний зэрэгцээ хонгилын бүтэц нь pn уулзвар дээр суурилсан дихалкогенидын төхөөрөмжтэй харьцуулахад илүү том ялгаралтын бүсийг бий болгох боломжийг олгодог.
Зургийн зураг 1d хонгилын гүйдлийн нягтын цахилгаан шинж чанарыг харуулдаг (J) хэвийсэн хүчдэлийн функцээр (V) графен электродуудын хооронд. Эерэг ба сөрөг хүчдэлийн аль алиных нь гүйдлийн огцом өсөлт нь байгууламжаар дамжин өнгөрөх туннелийн гүйдэл үүсч байгааг харуулж байна. hBN давхаргын хамгийн оновчтой зузаан (~2 нм) үед туннелийн гүйдэл мэдэгдэхүйц нэмэгдэж, цацрагийн рекомбинацын суулгагдсан тээвэрлэгчдийн ашиглалтын хугацаа нэмэгддэг.
Цахилгаан гэрэлтэх туршилтыг хийхээс өмнө төхөөрөмж нь хүчтэй өдөөлтийн холболт байгааг батлахын тулд өнцгөөр шийдэгдсэн цагаан гэрлийн тусгалаар тодорхойлогддог.
Зураг №2
Зураг дээр 2 Төхөөрөмжийн идэвхтэй бүсээс өнцгөөр шийдэгдсэн тусгалын спектрийг харуулсан бөгөөд энэ нь огтлолцох эсрэг үйлдлийг харуулж байна. Фотолюминесценция (PL) нь резонансын бус өдөөлт (460 нм) дор ажиглагдсан бөгөөд доод туйлшралын салбараас эрчимтэй ялгаралтыг харуулж, туйлын дээд салбараас сул ялгаралтыг харуулсан (2b).
дээр 2c 0.1 мкА/мкм2 шахах хурдаар поляритон электролюминесценцийн тархалтыг харуулав. EL туршилтанд осцилляторын горимыг (хатуу ба тасархай цагаан шугам) тохируулснаар олж авсан Раби хуваагдал ба хөндийн тохируулга нь ～33 меВ ба ～-13 меВ байна. Хөндий тохируулга нь δ = Ec − Ex гэж тодорхойлогддог бөгөөд Ex нь өдөөх энерги, Ec нь хавтгай дахь тэг импульсийн хөндийн фотоны энергийг илэрхийлнэ. Хуваарь 2d Энэ нь электролюминесцент дисперсээс өөр өөр өнцгөөр зүсэгдсэн зүсэлт юм. Эндээс өдөөх резонансын бүсэд үүссэн антикроссинг бүхий дээд ба доод туйлшралын горимуудын тархалт тодорхой харагдаж байна.
Зураг №3
Хонгилын гүйдэл нэмэгдэхийн хэрээр EL-ийн нийт эрчим нэмэгддэг. Босгоны шилжилтийн ойролцоо туйлширсан EL сул ажиглагдаж байна (3), босго хэмжээнээс дээш хангалттай том шилжилтийн үед туйлын ялгаралт тодорхой болно (3b).
Зураг дээр 3c ±15°-ын нарийхан ялгаралтын конусыг дүрсэлсэн өнцгийн функцээр EL эрчмийн туйлын графикийг үзүүлэв. Цацрагийн загвар нь хамгийн бага (ногоон муруй) ба хамгийн их (улбар шар муруй) өдөөх гүйдлийн аль алинд нь бараг өөрчлөгдөөгүй хэвээр байна. Асаалттай 3d Энэ нь янз бүрийн хөдөлж буй хонгилын гүйдлийн нэгдсэн эрчмийг харуулсан бөгөөд энэ нь графикаас харахад нэлээд шугаман байна. Тиймээс гүйдлийг өндөр утга руу нэмэгдүүлэх нь доод мөчрийн дагуу туйлшралыг амжилттай тарааж, туйлшрал үүсэхээс болж хэт нарийн ялгаралтын хэв маягийг бий болгож чадна. Гэсэн хэдий ч, энэ туршилтанд hBN хонгилын саадны диэлектрик задралтай холбоотой хязгаарлалтын улмаас үүнийг хийх боломжгүй байв.
Улаан цэгүүд асаалттай 3d өөр үзүүлэлтийн хэмжилтийг харуулах - гадаад квант үр ашиг*.
Квантын үр ашиг* - шингээлт нь хагас бөөмс үүсэхэд нөлөөлсөн фотонуудын тоог шингээсэн фотонуудын нийт тоонд харьцуулсан харьцаа.
Ажиглагдсан квантын үр ашиг нь бусад поляритон LED (органик материал, нүүрстөрөгчийн хоолой гэх мэт) -тэй харьцуулж болно. Судалгаанд хамрагдаж буй төхөөрөмжид гэрэл ялгаруулах давхаргын зузаан нь ердөө 0.7 нм байдаг бол бусад төхөөрөмжүүдэд энэ үзүүлэлт хамаагүй өндөр байгааг тэмдэглэх нь зүйтэй. Эрдэмтэд тэдний төхөөрөмжийн квантын үр ашиг нь хамгийн өндөр биш гэдгийг нуудаггүй, гэхдээ туннелийн бүс дотор hBN-ийн нимгэн давхаргаар тусгаарлагдсан олон тооны моно давхаргыг байрлуулах замаар нэмэгдүүлэх боломжтой.
Судлаачид мөн резонаторын детюнинг нь туйлширсан EL-д үзүүлэх нөлөөг өөр төхөөрөмж хийх замаар туршиж үзсэн боловч илүү хүчтэй унтраалттай (-43 меВ).
Зураг №4
Зураг дээр 4 Ийм төхөөрөмжийн өнцгийн нарийвчлал бүхий EL спектрийг 0.2 мкА/мкм2 гүйдлийн нягтаар үзүүлэв. Хүчтэй тохируулгатай тул төхөөрөмж нь EL-д тодорхой гацах нөлөө үзүүлдэг бөгөөд хамгийн их ялгаруулалт нь том өнцгөөр үүсдэг. Үүнийг зурган дээр нэмж баталж байна 4b, энэ төхөөрөмжийн туйлын графикийг эхнийхтэй харьцуулсан (2c).
Судалгааны нарийн ширийн зүйлстэй илүү дэлгэрэнгүй танилцахын тулд би үзэхийг зөвлөж байна .
Эпилог
Тиймээс дээр дурдсан бүх ажиглалт, хэмжилтүүд нь оптик бичил хөндийд баригдсан vdW гетероструктурт поляритон электролюминесценц байгааг баталж байна. Судалгаанд хамрагдаж буй төхөөрөмжийн хонгилын бүтэц нь гэрэл ялгаруулагчийн үүрэг гүйцэтгэдэг WS2 нэг давхаргад электрон/нүх, рекомбинацийг нэвтрүүлэх боломжийг олгодог. Төхөөрөмжийн хонгилын механизм нь бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн хайлшийг шаарддаггүй байх нь чухал бөгөөд энэ нь алдагдал, температуртай холбоотой янз бүрийн өөрчлөлтийг багасгадаг.
Резонаторын тархалтаас болж EL нь өндөр чиглэлтэй байдаг нь тогтоогдсон. Тиймээс хөндийн чанарын хүчин зүйлийг сайжруулж, илүү их гүйдэл дамжуулах нь бичил хөндий LED, түүнчлэн цахилгаанаар удирддаг бичил хөндий поляритон болон фотоник лазеруудын үр ашгийг дээшлүүлэх болно.
Энэхүү ажил нь шилжилтийн металлын дихалкогенид нь үнэхээр өвөрмөц шинж чанартай бөгөөд маш өргөн хүрээний хэрэглээтэй гэдгийг дахин нэг удаа баталлаа.
Ийм судалгаа, шинэлэг бүтээлүүд нь LED болон гэрлийг ашиглан өгөгдөл дамжуулах технологийн хөгжил, тархалтад ихээхэн нөлөөлдөг. Ийм футурист технологид Li-Fi багтдаг бөгөөд энэ нь одоогийн байгаа Wi-Fi-аас хамаагүй өндөр хурдыг хангаж чаддаг.
Анхаарал тавьсанд баярлалаа. Сонирхолтой байгаарай, бүгдээрээ долоо хоногийг сайхан өнгөрүүлээрэй! 🙂
Бидэнтэй хамт байсанд баярлалаа. Манай нийтлэл танд таалагдаж байна уу? Илүү сонирхолтой контент үзэхийг хүсч байна уу? Захиалга өгөх эсвэл найзууддаа санал болгох замаар биднийг дэмжээрэй, Хабр хэрэглэгчдэд зориулсан 30% хямдралтай, анхан шатны түвшний серверүүдийн өвөрмөц аналогийг бид танд зориулан зохион бүтээжээ. (RAID1 болон RAID10, 24 хүртэлх цөм, 40 ГБ хүртэл DDR4-тэй байх боломжтой).
Dell R730xd 2 дахин хямд байна уу? Зөвхөн энд Нидерландад! Dell R420 - 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB - 99 доллараас! тухай уншина уу
Эх сурвалж: www.habr.com