अनेक वर्षांपासून, जगभरातील शास्त्रज्ञ दोन गोष्टी करत आहेत - शोध लावणे आणि सुधारणे. आणि कधीकधी हे स्पष्ट होत नाही की यापैकी कोणते अधिक कठीण आहे. उदाहरणार्थ, सामान्य LEDs घ्या, जे आम्हाला इतके सोपे आणि सामान्य वाटतात की आम्ही त्यांच्याकडे लक्ष देत नाही. पण जर तुम्ही काही एक्सिटॉन्स, एक चिमूटभर पोलरिटॉन्स आणि टंगस्टन डायसल्फाइड चवीनुसार घातल्यास, LEDs यापुढे तितके निराळे राहणार नाहीत. या सर्व अमूर्त संज्ञा अत्यंत असामान्य घटकांची नावे आहेत, ज्यांच्या संयोजनाने न्यूयॉर्कच्या सिटी कॉलेजमधील शास्त्रज्ञांना प्रकाशाचा वापर करून माहिती अत्यंत जलदपणे प्रसारित करू शकणारी नवीन प्रणाली तयार करण्यास अनुमती दिली. या विकासामुळे Li-Fi तंत्रज्ञान सुधारण्यास मदत होईल. नवीन तंत्रज्ञानाचे घटक नक्की काय वापरले गेले, या "डिश" ची कृती काय आहे आणि नवीन एक्सिटॉन-पोलारिटन एलईडीची कार्यक्षमता काय आहे? शास्त्रज्ञांचा अहवाल आम्हाला याबद्दल सांगेल. जा.
संशोधनाचा आधार
जर सर्व काही एका शब्दात सरलीकृत केले असेल, तर हे तंत्रज्ञान हलके आहे आणि सर्व काही त्याच्याशी जोडलेले आहे. प्रथम, पोलारिटॉन्स, जे फोटॉन्स मध्यम उत्तेजनांशी संवाद साधतात तेव्हा उद्भवतात (फोनॉन्स, एक्सिटॉन्स, प्लाझमन्स, मॅग्नॉन्स इ.). दुसरे म्हणजे, एक्सिटॉन्स हे डायलेक्ट्रिक, सेमीकंडक्टर किंवा धातूमध्ये इलेक्ट्रॉनिक उत्तेजना असतात, क्रिस्टलमधून स्थलांतरित होतात आणि इलेक्ट्रिक चार्ज आणि वस्तुमानाच्या हस्तांतरणाशी संबंधित नसतात.
हे quasiparticles थंड खूप प्रेमळ आहेत हे लक्षात घेणे महत्वाचे आहे; त्यांची क्रिया केवळ अत्यंत कमी तापमानातच पाहिली जाऊ शकते, ज्यामुळे त्यांचा व्यावहारिक वापर गंभीरपणे मर्यादित होतो. पण ते आधी होते. या कामात, शास्त्रज्ञ तापमान मर्यादांवर मात करू शकले आणि खोलीच्या तापमानात त्यांचा वापर करू शकले.
पोलरिटॉनचे मुख्य वैशिष्ट्य म्हणजे फोटॉन एकमेकांना बांधण्याची क्षमता. रुबिडियम अणूंशी टक्कर देणारे फोटॉन वस्तुमान मिळवतात. एकाधिक टक्करांच्या प्रक्रियेत, फोटॉन एकमेकांपासून दूर जातात, परंतु क्वचित प्रसंगी ते जोड्या आणि तिप्पट बनवतात, तर रुबिडियम अणूद्वारे दर्शविलेले अणू घटक गमावतात.
पण प्रकाशासह काही करायचे असेल तर ते पकडले पाहिजे. यासाठी, एक ऑप्टिकल रेझोनेटर आवश्यक आहे, जे परावर्तित घटकांचे संयोजन आहे जे स्थिर प्रकाश लहर तयार करतात.
या अभ्यासात, ऑप्टिकल पोकळीत अडकलेल्या एक्सिटॉन्स आणि फोटॉनच्या मजबूत जोडणीमुळे तयार होणारे आणखी असामान्य क्वासीपार्टिकल्स, एक्सिटॉन-पोलरिटॉन्स महत्त्वपूर्ण भूमिका बजावतात.
तथापि, हे पुरेसे नाही, कारण भौतिक आधार आवश्यक आहे. आणि कोण, ट्रान्झिशन मेटल डिचॅल्कोजेनाइड (टीडीएम) नसल्यास, इतरांपेक्षा ही भूमिका अधिक चांगल्या प्रकारे निभावेल. अधिक तंतोतंत सांगायचे तर, WS2 (टंगस्टन डायसल्फाइड) चा मोनोलेयर उत्सर्जन करणारी सामग्री म्हणून वापरला गेला, ज्यामध्ये प्रभावशाली एक्सिटॉन बंधनकारक ऊर्जा आहे, जी सामग्री बेस निवडण्यासाठी मुख्य निकषांपैकी एक बनली.
वर वर्णन केलेल्या सर्व घटकांच्या संयोजनामुळे खोलीच्या तपमानावर कार्यरत विद्युत नियंत्रित पोलरिटॉन एलईडी तयार करणे शक्य झाले.
हे उपकरण कार्यान्वित करण्यासाठी, WS2 मोनोलेयर पातळ षटकोनी बोरॉन नायट्राइड (hBN) सुरंग अडथळ्यांमध्‍ये स्थित आहे आणि ग्राफीन थर इलेक्ट्रोड म्हणून काम करतात.
संशोधन परिणाम
WS2, एक ट्रांझिशन मेटल डिचॅल्कोजेनाइड असल्याने, एक अणुदृष्ट्या पातळ व्हॅन डर वाल्स (vdW) सामग्री आहे. हे त्याचे अद्वितीय विद्युतीय, ऑप्टिकल, यांत्रिक आणि थर्मल गुणधर्म दर्शवते.
इतर व्हीडीडब्ल्यू सामग्री, जसे की ग्राफीन (वाहक म्हणून) आणि षटकोनी बोरॉन नायट्राइड (एचबीएन, इन्सुलेटर म्हणून) यांच्या संयोगाने, संपूर्ण विद्युत नियंत्रित अर्धसंवाहक उपकरणे, ज्यात LEDs समाविष्ट आहेत, साकार करता येतात. संशोधकांनी प्रांजळपणे सांगितल्याप्रमाणे, व्हॅन डेर वॉल्स मटेरियल आणि ध्रुवीय पदार्थांचे तत्सम संयोजन यापूर्वीच लक्षात आले आहे. तथापि, मागील लिखाणांमध्ये, परिणामी प्रणाली जटिल आणि अपूर्ण होत्या आणि प्रत्येक घटकाची पूर्ण क्षमता प्रकट केली नाही.
पूर्ववर्तींनी प्रेरित केलेल्या कल्पनांपैकी एक म्हणजे द्विमितीय भौतिक व्यासपीठाचा वापर. या प्रकरणात, अणुदृष्ट्या पातळ उत्सर्जन स्तरांसह उपकरणे लागू करणे शक्य आहे जे संपर्क (ग्रॅफिन) आणि टनेलिंग अडथळे (hBN) म्हणून कार्य करणार्या इतर vdW सामग्रीसह एकत्रित केले जाऊ शकतात. याव्यतिरिक्त, या द्विमितीयतेमुळे पोलरिटॉन LEDs ला vdW सामग्रीसह एकत्र करणे शक्य होते ज्यात असामान्य चुंबकीय गुणधर्म, मजबूत सुपरकंडक्टिव्हिटी आणि/किंवा नॉनस्टँडर्ड टोपोलॉजिकल ट्रान्सफर असतात. अशा संयोजनाच्या परिणामी, आपण पूर्णपणे नवीन प्रकारचे डिव्हाइस मिळवू शकता, ज्याचे गुणधर्म अतिशय असामान्य असू शकतात. परंतु, शास्त्रज्ञ म्हणतात त्याप्रमाणे, हा दुसर्‍या अभ्यासाचा विषय आहे.
प्रतिमा #1
प्रतिमेवर एक्सएनयूएमएक्स लेयर केकसारखे दिसणारे उपकरणाचे त्रिमितीय मॉडेल दाखवते. ऑप्टिकल रेझोनेटरचा वरचा आरसा एक चांदीचा थर आहे आणि खालचा 12-स्तर वितरित आहे ब्रॅग रिफ्लेक्टर*. सक्रिय प्रदेशात एक बोगदा झोन आहे.
वितरित ब्रॅग रिफ्लेक्टर* - अनेक स्तरांची रचना, ज्यामध्ये सामग्रीचा अपवर्तक निर्देशांक अधूनमधून स्तरांवर लंब बदलतो.
टनेल झोनमध्ये व्हीडीडब्ल्यू हेटरोस्ट्रक्चरचा समावेश असतो ज्यामध्ये डब्ल्यूएस2 मोनोलेयर (प्रकाश उत्सर्जक), मोनोलेयरच्या दोन्ही बाजूंना पातळ hBN स्तर (बोगदा अडथळा) आणि ग्राफीन (इलेक्ट्रॉन आणि छिद्रांच्या परिचयासाठी पारदर्शक इलेक्ट्रोड) असतात.
ऑसिलेटरची एकूण ताकद वाढवण्यासाठी आणखी दोन WS2 स्तर जोडले गेले आणि त्यामुळे ध्रुवीय अवस्थांचे अधिक स्पष्ट रबी विभाजन केले गेले.
रेझोनेटरचा ऑपरेटिंग मोड पीएमएमए लेयरची जाडी बदलून ट्यून केला जातो (पॉलिमिथिल मेथाक्रिलेट, म्हणजे प्लेक्सिग्लास).
प्रतिमा प्रतिमा 1b वितरित ब्रॅग रिफ्लेक्टरच्या पृष्ठभागावरील व्हीडीडब्ल्यू हेटरोस्ट्रक्चरचा हा स्नॅपशॉट आहे. वितरित ब्रॅग रिफ्लेक्टरच्या उच्च परावर्तकतेमुळे, जो खालचा थर आहे, प्रतिमेतील बोगद्याच्या झोनमध्ये अत्यंत कमी परावर्तित कॉन्ट्रास्ट आहे, परिणामी hBN चा फक्त वरचा जाड थर दिसून येतो.
आलेख 1c विस्थापन अंतर्गत बोगद्याच्या भूमितीमध्ये vdW heterostructure च्या झोन आकृतीचे प्रतिनिधित्व करते. जेव्हा वरच्या (खालच्या) ग्राफीनची फर्मी पातळी WS2 वहन (व्हॅलेन्स) बँडच्या वर (खाली) हलवली जाते तेव्हा इलेक्ट्रोल्युमिनेसेन्स (EL) थ्रेशोल्ड व्होल्टेजच्या वर दिसून येते, ज्यामुळे इलेक्ट्रॉन (भोक) WS2 वहन (व्हॅलेन्स) मध्ये सुरू होतो. बँड हे WS2 लेयरमध्ये एक्सिटॉन्सच्या निर्मितीसाठी अनुकूल परिस्थिती निर्माण करते आणि त्यानंतर रेडिएटिव्ह (रेडिएटिव्ह) इलेक्ट्रॉन-होल पुनर्संयोजन होते.
pn जंक्शन्सवर आधारित प्रकाश उत्सर्जकांच्या विपरीत, ज्यांना ऑपरेट करण्यासाठी डोपिंगची आवश्यकता असते, टनेल उपकरणांमधील EL पूर्णपणे बोगद्याच्या प्रवाहावर अवलंबून असते, जे ऑप्टिकल नुकसान टाळते आणि तापमान बदलांमुळे होणारे प्रतिरोधकतेतील कोणतेही बदल टाळते. त्याच वेळी, बोगदा आर्किटेक्चर pn जंक्शनवर आधारित डिचॅल्कोजेनाइड उपकरणांच्या तुलनेत खूप मोठ्या रेडिएशन क्षेत्रास अनुमती देते.
प्रतिमा प्रतिमा 1d टनेलिंग करंट घनतेची विद्युत वैशिष्ट्ये दर्शविते (Jबायस व्होल्टेजचे कार्य म्हणून (V) ग्राफीन इलेक्ट्रोड्स दरम्यान. सकारात्मक आणि नकारात्मक दोन्ही व्होल्टेजसाठी करंटमध्ये तीव्र वाढ हे संरचनेद्वारे टनेलिंग करंटची घटना दर्शवते. hBN स्तरांच्या (~2 nm) इष्टतम जाडीवर, एक महत्त्वपूर्ण टनेलिंग करंट आणि रेडिएटिव्ह रीकॉम्बिनेशनसाठी प्रत्यारोपित वाहकांच्या जीवनकाळात वाढ दिसून येते.
इलेक्ट्रोल्युमिनेसेन्स प्रयोगापूर्वी, मजबूत एक्सिटॉन बाइंडिंगच्या उपस्थितीची पुष्टी करण्यासाठी कोनीय रिझोल्यूशनसह पांढर्या प्रकाश परावर्तिततेद्वारे डिव्हाइसचे वैशिष्ट्य होते.
प्रतिमा #2
प्रतिमेवर एक्सएनयूएमएक्स यंत्राच्या सक्रिय प्रदेशातील कोन-निराकरण केलेले परावर्तक स्पेक्ट्रा दर्शविले गेले आहेत, जे अँटी-क्रॉसिंग वर्तन दर्शवितात. नॉन-रेझोनंट उत्तेजना (460 एनएम) सह फोटोल्युमिनेसेन्स (पीएल) देखील दिसून आले, ध्रुवीकरणाच्या खालच्या शाखेतून तीव्र उत्सर्जन आणि पोलरिटॉनच्या वरच्या शाखेतून कमकुवत उत्सर्जन (2b).
वर 2c 0.1 μA/μm2 घालण्यासाठी पोलरिटॉनच्या इलेक्ट्रोल्युमिनेसेन्सचा फैलाव दर्शविला जातो. इलेक्ट्रोल्युमिनेसेन्स प्रयोगासाठी ऑसिलेटर मोड (घन आणि ठिपके असलेली पांढरी रेषा) बसवून प्राप्त केलेले रबी स्प्लिटिंग आणि रेझोनेटर डिट्यूनिंग अनुक्रमे ～33 meV आणि ～-13 meV आहेत. रेझोनेटर डिट्यूनिंगची व्याख्या δ = Ec − Ex अशी केली जाते, जेथे Ex ही एक्झिटॉन ऊर्जा आहे आणि Ec ही शून्य इन-प्लेन गतीसह रेझोनेटर फोटॉन ऊर्जा आहे. वेळापत्रक 2d हे इलेक्ट्रोल्युमिनेसेंट डिस्पर्शनपासून वेगवेगळ्या कोनांवर कट आहे. येथे एक्झिटॉन रेझोनान्स झोनमध्ये अँटीक्रॉसिंगसह वरच्या आणि खालच्या ध्रुवीय मोडचे फैलाव स्पष्टपणे दिसू शकते.
प्रतिमा #3
टनेलिंग करंट जसजसा वाढत जातो तसतशी एकूण ईएलची तीव्रता वाढते. पोलारिटॉन्समधील कमकुवत ईएल थ्रेशोल्ड विस्थापन जवळ दिसून येते (एक्सएनयूएमएक्स, थ्रेशोल्डच्या वर पुरेशा मोठ्या शिफ्टवर असताना, ध्रुवीय उत्सर्जन वेगळे होते (3b).
प्रतिमेवर 3c कोनाचे कार्य म्हणून EL तीव्रतेचा ध्रुवीय आलेख दर्शवितो, ± 15° च्या अरुंद उत्सर्जन शंकूचे चित्रण करतो. किमान (हिरवा वक्र) आणि कमाल (नारिंगी वक्र) उत्तेजित प्रवाह या दोन्हीसाठी रेडिएशन पॅटर्न व्यावहारिकदृष्ट्या अपरिवर्तित राहतो. चालू 3d एकात्मिक तीव्रता विविध फिरत्या बोगद्याच्या प्रवाहांसाठी दर्शविली जाते, जी आलेखावरून पाहिली जाऊ शकते, ती अगदी रेषीय आहे. म्हणून, उच्च मूल्यांपर्यंत प्रवाह वाढवण्यामुळे खालच्या शाखेत ध्रुवीय कणांचे यशस्वी विखुरणे होऊ शकते आणि ध्रुवीय निर्मितीमुळे एक अत्यंत अरुंद रेडिएशन पॅटर्न तयार होऊ शकतो. तथापि, या प्रयोगात, एचबीएन टनेलिंग अडथळाच्या डायलेक्ट्रिक ब्रेकडाउनशी संबंधित मर्यादेमुळे हे शक्य झाले नाही.
वर लाल ठिपके 3d दुसर्‍या निर्देशकाचे मोजमाप दर्शवा - बाह्य क्वांटम कार्यक्षमता*.
क्वांटम कार्यक्षमता* हे फोटॉनच्या संख्येचे गुणोत्तर आहे ज्यांच्या शोषणामुळे क्वासिपार्टिकल्स तयार होतात आणि शोषलेल्या फोटॉनच्या एकूण संख्येचे होते.
निरीक्षण केलेली क्वांटम कार्यक्षमता इतर ध्रुवीय LEDs (सेंद्रिय पदार्थांवर आधारित, कार्बन ट्यूब्स इ.) च्या तुलनेत आहे. हे लक्षात घ्यावे की अभ्यासाधीन उपकरणातील प्रकाश-उत्सर्जक स्तराची जाडी केवळ 0.7 एनएम आहे, तर इतर उपकरणांमध्ये हे मूल्य बरेच जास्त आहे. शास्त्रज्ञ हे तथ्य लपवत नाहीत की त्यांच्या उपकरणाचा क्वांटम कार्यक्षमता निर्देशांक सर्वोच्च नाही, परंतु एचबीएनच्या पातळ थरांनी विभक्त केलेल्या टनेल झोनमध्ये मोठ्या संख्येने मोनोलेयर्स ठेवून ते वाढविले जाऊ शकते.
संशोधकांनी दुसरे यंत्र बनवून, पण अधिक मजबूत डिट्यूनिंग (-43 meV) करून पोलरिटॉनच्या EL वर रेझोनेटर डिट्यूनिंगच्या प्रभावाची चाचणी केली.
प्रतिमा #4
प्रतिमेवर एक्सएनयूएमएक्स EL स्पेक्ट्रा 0.2 μA/μm2 च्या वर्तमान घनतेवर अशा उपकरणाच्या कोनीय रिझोल्यूशनसह दर्शविला जातो. मजबूत डिट्यूनिंगमुळे, डिव्हाइस EL मध्ये एक स्पष्ट अडथळे प्रभाव प्रदर्शित करते ज्यामध्ये जास्तीत जास्त उत्सर्जन मोठ्या कोनात होते. प्रतिमेमध्ये याची पुष्टी केली जाते. 4b, जेथे या उपकरणाच्या ध्रुवीय भूखंडांची तुलना पहिल्याशी केली जाते (2c).
अभ्यासाच्या बारकाव्यांबद्दल अधिक तपशीलवार परिचित होण्यासाठी, मी पहाण्याची शिफारस करतो .
एपिलोग
अशा प्रकारे, वरील सर्व निरीक्षणे आणि मोजमाप ऑप्टिकल मायक्रोकॅव्हिटीमध्ये एम्बेड केलेल्या व्हीडीडब्ल्यू हेटरोस्ट्रक्चरमध्ये पोलरिटॉन इलेक्ट्रोल्युमिनेसेन्सच्या उपस्थितीची पुष्टी करतात. अभ्यासाधीन असलेल्या यंत्राचे बोगदे आर्किटेक्चर WS2 मोनोलेयरमध्ये इलेक्ट्रॉन/छिद्रांचा परिचय आणि पुनर्संयोजन सुनिश्चित करते, जे प्रकाश उत्सर्जक म्हणून काम करते. हे महत्वाचे आहे की यंत्राच्या बोगद्याच्या यंत्रणेला घटकांच्या मिश्रधातूची आवश्यकता नसते, ज्यामुळे नुकसान आणि तापमान-संबंधित विविध बदल कमी होतात.
असे आढळून आले की रेझोनेटरच्या फैलावमुळे ईएलमध्ये उच्च डायरेक्टिव्हिटी आहे. त्यामुळे, रेझोनेटरच्या गुणवत्तेचा घटक आणि उच्च प्रवाहाचा पुरवठा सुधारल्याने मायक्रोकॅव्हिटी LEDs, तसेच इलेक्ट्रिकली नियंत्रित मायक्रोकॅव्हिटी पोलरिटन्स आणि फोटॉन लेसरची कार्यक्षमता सुधारेल.
या कामाने पुन्हा एकदा पुष्टी केली की ट्रांझिशन मेटल डिचॅल्कोजेनाइड्समध्ये खरोखर अद्वितीय गुणधर्म आहेत आणि अनुप्रयोगांची एक विस्तृत श्रेणी आहे.
असे संशोधन आणि नाविन्यपूर्ण शोध LEDs आणि प्रकाशाद्वारे डेटा ट्रान्समिशन तंत्रज्ञानाच्या विकास आणि प्रसारावर मोठ्या प्रमाणात प्रभाव टाकू शकतात. अशा भविष्यवादी तंत्रज्ञानामध्ये Li-Fi समाविष्ट आहे, जे सध्या उपलब्ध असलेल्या Wi-Fi पेक्षा लक्षणीय वेगवान गती प्रदान करू शकते.
तुमचे लक्ष दिल्याबद्दल धन्यवाद, उत्सुक रहा आणि प्रत्येकाचा आठवडा चांगला जावो! 🙂
आमच्यासोबत राहिल्याबद्दल धन्यवाद. तुम्हाला आमचे लेख आवडतात का? अधिक मनोरंजक सामग्री पाहू इच्छिता? ऑर्डर देऊन किंवा मित्रांना शिफारस करून आम्हाला समर्थन द्या, एंट्री-लेव्हल सर्व्हरच्या अनन्य अॅनालॉगवर Habr वापरकर्त्यांसाठी 30% सवलत, ज्याचा शोध आम्ही तुमच्यासाठी लावला आहे: (RAID1 आणि RAID10 सह उपलब्ध, 24 कोर पर्यंत आणि 40GB DDR4 पर्यंत).
Dell R730xd 2 पट स्वस्त? फक्त इथेच नेदरलँड मध्ये! Dell R420 - 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB - $99 पासून! बद्दल वाचा
स्त्रोत: www.habr.com