Għal ħafna snin, xjenzati minn madwar id-dinja ilhom jagħmlu żewġ affarijiet - jivvintaw u jtejbu. U xi drabi mhux ċar liema hija aktar diffiċli. Ħu, pereżempju, LEDs ordinarji, li tant jidhru sempliċi u ordinarji għalina li lanqas biss nagħtu attenzjoni għalihom. Imma jekk iżżid ftit excitons, niskata polaritons u disulfide tat-tungstenu għat-togħma, l-LEDs ma jibqgħux daqshekk prosaic. Dawn it-termini astrużi kollha huma l-ismijiet ta 'komponenti estremament mhux tas-soltu, li l-kombinazzjoni tagħhom ippermettiet lix-xjentisti mill-Kulleġġ tal-Belt ta' New York biex joħolqu sistema ġdida li kapaċi tittrasmetti informazzjoni estremament malajr bl-użu tad-dawl. Dan l-iżvilupp se jgħin biex itejjeb it-teknoloġija Li-Fi. Liema ingredjenti eżatti tat-teknoloġija l-ġdida ntużaw, x'inhi r-riċetta għal dan "dixx" u x'inhi l-effiċjenza operattiva tal-exciton-polariton LED il-ġdid? Ir-rapport tax-xjenzati se jgħidilna dwar dan. Mur.
Bażi tar-riċerka
Jekk nissimplifikaw kollox għal kelma waħda, allura din it-teknoloġija hija ħafifa u kollox konness magħha. L-ewwelnett, polaritons, li jinqalgħu meta photons jinteraġixxu ma 'eċċitazzjonijiet tal-medju (phonons, excitons, plasmons, magnons, eċċ.). It-tieni nett, excitons huma eċċitazzjonijiet elettroniċi f'dielettriku, semikonduttur jew metall li jemigraw madwar il-kristall u mhumiex assoċjati mat-trasferiment ta 'ċarġ elettriku u massa.
Huwa importanti li wieħed jinnota li dawn il-kważipartiċelli jħobbu ħafna l-kesħa, i.e. L-attività tagħhom tista 'tiġi osservata biss f'temperaturi estremament baxxi, li tillimita ħafna l-applikazzjoni prattika tagħhom. Imma dan kien qabel. F'dan ix-xogħol, ix-xjentisti setgħu jegħlbu l-limitazzjoni tat-temperatura u jużawhom f'temperaturi tal-kamra.
Il-karatteristika ewlenija tal-polaritons hija l-abbiltà li torbot il-fotoni ma 'xulxin. Fotoni li jaħbtu ma 'atomi tar-rubidju jiksbu massa. Fil-proċess ta 'ħabtiet ripetuti, il-fotoni jirbbu fuq xulxin, iżda f'każijiet rari jiffurmaw pari u triplets, filwaqt li jitilfu l-komponent atomiku rappreżentat mill-atomu tar-rubidju.
Imma biex tagħmel xi ħaġa bid-dawl, trid taqbadha. Għal dan, huwa meħtieġ resonatur ottiku, li huwa sett ta 'elementi li jirriflettu li jiffurmaw mewġa tad-dawl wieqfa.
F'dan l-istudju, l-aktar rwol importanti għandu kważipartiċelli saħansitra aktar mhux tas-soltu - exciton-polaritons, li huma ffurmati minħabba l-akkoppjar qawwi ta 'excitons u photons maqbuda f'kavità ottika.
Madankollu, dan mhux biżżejjed, għaliex hija meħtieġa bażi materjali, biex ngħidu hekk. U min aħjar minn dichalcogenide tal-metall ta 'transizzjoni (TMD) se jkollu dan ir-rwol? B'mod aktar preċiż, intuża monosaff WS2 (tungstenu disulfide) bħala l-materjal li jarmi, li għandu enerġiji impressjonanti li jorbtu exciton, li sar wieħed mill-kriterji ewlenin għall-għażla tal-bażi tal-materjal.
Il-kombinazzjoni tal-elementi kollha deskritti hawn fuq għamlitha possibbli li jinħoloq LED polariton ikkontrollat elettrikament li jaħdem f'temperatura tal-kamra.
Biex tirrealizza dan l-apparat, monosaff ta 'WS2 huwa mdawwar bejn barrieri tal-mina eżagonali tan-nitrur tal-boron (hBN) b'saffi tal-grafene li jaġixxu bħala elettrodi.
Riżultati tar-riċerka
WS2, li huwa dichalcogenide tal-metall ta 'tranżizzjoni, huwa wkoll materjal van der Waals (vdW) atomikament irqiq. Dan jitkellem dwar il-proprjetajiet uniċi elettriċi, ottiċi, mekkaniċi u termali tiegħu.
Flimkien ma 'materjali vdW oħra, bħal graphene (bħala konduttur) u nitrur tal-boron eżagonali (hBN, bħala iżolatur), tista' tiġi realizzata għadd sħiħ ta 'apparati semikondutturi kkontrollati elettrikament, li jinkludu LEDs. Kombinazzjonijiet simili ta 'materjali van der Waals u polaritons diġà ġew realizzati qabel, kif ir-riċerkaturi jiddikjaraw b'mod miftuħ. Madankollu, f'xogħlijiet preċedenti, is-sistemi li rriżultaw kienu kumplessi u imperfetti, u ma wrewx il-potenzjal sħiħ ta 'kull komponent.
Waħda mill-ideat li kienet ispirata minn predeċessuri kienet l-użu ta 'pjattaforma materjali bidimensjonali. F'dan il-każ, huwa possibbli li jiġu realizzati apparati b'saffi emissivi atomikament irqaq, li jistgħu jiġu integrati ma 'materjali vdW oħra li jaġixxu bħala kuntatti (grafen) u barrieri tal-mini (hBN). Barra minn hekk, tali bidimensjonalità tagħmilha possibbli li tgħaqqad LEDs polariton ma 'materjali vdW li għandhom proprjetajiet manjetiċi mhux tas-soltu, superkonduttività qawwija u/jew trasferimenti topoloġiċi mhux standard. Bħala riżultat ta 'tali kombinazzjoni, jista' jinkiseb tip ta 'apparat kompletament ġdid, li l-proprjetajiet tiegħu jistgħu jkunu pjuttost mhux tas-soltu. Iżda, kif jgħidu x-xjenzati, dan huwa suġġett għal studju ieħor.
Immaġni #1
Fl-immaġini 1а juri mudell tridimensjonali ta 'apparat li jixbaħ kejk ta' saff. Il-mera ta 'fuq tar-resonatur ottiku hija saff tal-fidda, u l-mera t'isfel hija mqassma ta' 12-il saff riflettur Bragg*. Ir-reġjun attiv fih żona ta 'mina.
Riflettur Bragg imqassam* - struttura ta 'diversi saffi li fiha l-indiċi refrattiv tal-materjal jinbidel perjodikament perpendikolari għas-saffi.
Iż-żona tal-mina tikkonsisti minn eterostruttura vdW li tikkonsisti minn monosaff WS2 (emittent tad-dawl), saffi irqaq ta 'hBN fuq iż-żewġ naħat tal-monosaff (barriera tal-mina) u graphene (elettrodi trasparenti għall-introduzzjoni ta' elettroni u toqob).
Żewġ saffi oħra ta 'WS2 ġew miżjuda biex tiżdied is-saħħa ġenerali tal-oxxillatur u għalhekk biex jipproduċu qsim Rabi aktar evidenti tal-istati polariton.
Il-mod ta 'tħaddim tar-resonatur huwa aġġustat billi tinbidel il-ħxuna tas-saff tal-PMMA (polymethyl methacrylate, jiġifieri plexiglass).
Изображение 1b Din hija stampa ta' eterostruttura vdW fuq il-wiċċ ta' riflettur Bragg imqassam. Minħabba r-riflettività għolja tar-riflettur Bragg imqassam, li huwa s-saff tal-qiegħ, iż-żona tal-mina fl-immaġni għandha kuntrast ta 'riflettanza baxx ħafna, li jirriżulta f'osservazzjoni tas-saff hBN oħxon biss.
Skeda 1s tirrappreżenta d-dijagramma taż-żona vdW tal-eterostruttura fil-ġeometrija tal-mina taħt spostament. L-elettroluminixxenza (EL) hija osservata 'l fuq mill-vultaġġ tal-limitu meta l-livell Fermi tal-grafin ta' fuq (ta' isfel) jiġi mċaqlaq 'il fuq (taħt) il-faxxa tal-konduzzjoni (valenza) ta' WS2, li tippermetti li elettron (toqba) jidħol fil-mina fil-konduzzjoni (valenza) faxxa ta 'WS2. Dan joħloq kundizzjonijiet favorevoli għall-formazzjoni ta 'eċitons fis-saff WS2 b'rikombinazzjoni ta' toqba ta 'elettron radjattiva (radattiva) sussegwenti.
B'differenza mill-emitturi tad-dawl tal-junction pn, li jeħtieġu doping biex joperaw, EL mill-apparati tal-mina jiddependi biss fuq il-kurrent tal-mina, u jevita telf ottiku u kwalunkwe bidla fir-reżistività kkawżata minn bidliet fit-temperatura. Fl-istess ħin, l-arkitettura tal-mina tippermetti reġjun ta 'emissjoni ħafna akbar meta mqabbel ma' apparati dichalcogenide bbażati fuq junctions pn.
Изображение 1d juri l-karatteristiċi elettriċi tad-densità tal-kurrent tal-mini (J) bħala funzjoni tal-vultaġġ bias (V) bejn elettrodi tal-grafene. Żieda qawwija fil-kurrent kemm għal vultaġġi pożittivi kif ukoll negattivi tindika l-okkorrenza ta 'kurrent ta' tunneling mill-istruttura. Fl-aħjar ħxuna ta 'saffi hBN (~ 2 nm), huma osservati kurrent sinifikanti ta' tunneling u żieda fil-ħajja ta 'trasportaturi inkorporati għal rikombinazzjoni radjattiva.
Qabel ma twettaq l-esperiment ta ' l-elettroluminixxenza, l-apparat kien ikkaratterizzat minn riflessjoni tad-dawl abjad angolu solvuti biex tikkonferma l-preżenza ta ' l-igganċjar excitonic qawwi.
Immaġni #2
Fl-immaġini 2а Spettri ta 'riflettanza solvuti fl-angolu mir-reġjun attiv tal-apparat huma murija, li juru imġieba kontra l-qsim. Fotoluminixxenza (PL) ġiet osservata wkoll taħt eċċitazzjoni mhux reżonanti (460 nm), li turi emissjoni intensa mill-fergħa tal-polariton t'isfel u emissjoni aktar dgħajfa mill-fergħa tal-polariton ta 'fuq (2b).
Fuq 2s turi t-tixrid ta 'elettroluminixxenza polariton b'rata ta' injezzjoni ta '0.1 μA/μm2. Il-qsim ta 'Rabi u d-detuning tal-kavità miksuba bit-twaħħil tal-modi tal-oxxillatur (linja bajda solida u dashed) mal-esperiment EL huma ～33 meV u ～-13 meV, rispettivament. Id-detuning tal-kavità huwa definit bħala δ = Ec - Ex, fejn Ex hija l-enerġija tal-eċiton u Ec tindika l-enerġija tal-fotoni tal-kavità tal-momentum żero fil-pjan. Skeda 2d Din hija qatgħa f'angoli differenti mid-dispersjoni elettroluminixxenti. Hawnhekk, it-tixrid tal-modi ta 'polariton ta' fuq u ta 'isfel b'anticrossing li jseħħ fiż-żona ta' reżonanza ta 'exciton huwa viżibbli b'mod ċar.
Immaġni #3
Hekk kif il-kurrent tal-mini jiżdied, l-intensità ġenerali tal-EL tiżdied. EL dgħajjef mill-polaritons huwa osservat ħdejn il-bidla tal-limitu (3а), filwaqt li fi spostament kbir biżżejjed 'l fuq mil-limitu, l-emissjoni tal-polariton issir distinta (3b).
Fl-immaġini 3s turi plot polari ta 'intensità EL bħala funzjoni ta' angolu, li juri kon dejjaq ta 'emissjoni ta' ±15 °. Il-mudell tar-radjazzjoni jibqa' prattikament mhux mibdul kemm għall-kurrent ta' eċitazzjoni minimu (kurva ħadra) kif ukoll massimu (kurva oranġjo). Fuq 3d turi l-intensità integrata għal diversi kurrenti tal-mina li jiċċaqilqu, li, kif jidher mill-graff, hija pjuttost lineari. Għalhekk, iż-żieda tal-kurrent għal valuri għoljin tista 'twassal għal tifrix b'suċċess ta' polaritons tul il-fergħa t'isfel u toħloq mudell ta 'emissjoni estremament dejqa minħabba l-ġenerazzjoni tal-polariton. Madankollu, f'dan l-esperiment ma kienx possibbli li jinkiseb dan minħabba l-limitazzjoni assoċjata mat-tqassim dielettriku tal-barriera tal-mina hBN.
Tikek ħomor fuq 3d juru kejl ta 'indikatur ieħor - estern effiċjenza quantum*.
Effiċjenza kwantika* — il-proporzjon tan-numru ta’ fotoni, li l-assorbiment tagħhom ikkawża l-formazzjoni ta’ kważi partiċelli, għan-numru totali ta’ fotoni assorbiti.
L-effiċjenza quantum osservata hija komparabbli ma 'dik f'LEDs polariton oħra (ibbażat fuq materjali organiċi, tubi tal-karbonju, eċċ.). Ta 'min jinnota li fl-apparat li qed jiġi studjat il-ħxuna tas-saff li jarmi d-dawl hija biss 0.7 nm, filwaqt li f'apparati oħra dan il-valur huwa ħafna ogħla. Ix-xjentisti ma jaħbux il-fatt li l-effiċjenza quantum tal-apparat tagħhom mhix l-ogħla, iżda tista 'tiżdied billi jitqiegħed numru akbar ta' monosaffi ġewwa ż-żona tal-mina, separati minn saffi irqaq ta 'hBN.
Ir-riċerkaturi ttestjaw ukoll l-effett tad-detuning tar-resonator fuq polariton EL billi għamlu apparat ieħor, iżda b'detuning aktar b'saħħtu (-43 meV).
Immaġni #4
Fl-immaġini 4а L-ispettri EL b'riżoluzzjoni angolari ta 'tali apparat huma murija f'densità ta' kurrent ta '0.2 μA/μm2. Minħabba d-detuning qawwi, l-apparat juri effett ta 'konġestjoni evidenti fl-EL bil-massimu ta' emissjoni jseħħ f'angolu kbir. Dan huwa kkonfermat aktar fl-immaġni 4b, fejn il-grafiċi polari ta 'dan l-apparat huma mqabbla ma' l-ewwel wieħed (2s).
Għal familjarità aktar dettaljata mal-sfumaturi tal-istudju, nirrakkomanda li tħares lejn .
Epilogue
Għalhekk, l-osservazzjonijiet u l-kejl kollha deskritti hawn fuq jikkonfermaw il-preżenza ta 'elettroluminixxenza polariton f'eterostruttura vdW mibnija f'mikrokavità ottika. L-arkitettura tal-mina tal-apparat taħt studju tiżgura l-introduzzjoni ta 'elettroni/toqob u rikombinazzjoni fil-monosaff WS2, li jservi bħala emitter tad-dawl. Huwa importanti li l-mekkaniżmu tal-mina tal-apparat ma jeħtieġx liga ta 'komponenti, li jimminimizza t-telf u diversi bidliet relatati mat-temperatura.
Instab li EL għandu direttività għolja minħabba t-tixrid tar-resonatur. Għalhekk, it-titjib tal-fattur tal-kwalità tal-kavità u t-twassil tal-kurrent ogħla se jtejjeb l-effiċjenza tal-LEDs tal-mikrokavità, kif ukoll polaritons tal-mikrokavità kkontrollati elettrikament u lejżers fotoniċi.
Dan ix-xogħol għal darb'oħra kkonferma li d-dikalkoġeni tal-metall ta 'tranżizzjoni għandhom proprjetajiet tassew uniċi u firxa wiesgħa ħafna ta' applikazzjonijiet.
Tali riċerka u invenzjonijiet innovattivi jistgħu jinfluwenzaw ħafna l-iżvilupp u t-tixrid tat-teknoloġiji tat-trażmissjoni tad-dejta bl-użu tal-LEDs u d-dawl innifsu. Teknoloġiji futuristiċi bħal dawn jinkludu Li-Fi, li jistgħu jipprovdu veloċitajiet ferm ogħla mill-Wi-Fi disponibbli bħalissa.
Grazzi talli qrajt, ibqgħu kurjużi u għandkom ġimgħa mill-aqwa guys! 🙂
Grazzi talli bqajt magħna. Tħobb l-artikoli tagħna? Trid tara aktar kontenut interessanti? Appoġġuna billi tagħmel ordni jew tirrakkomanda lill-ħbieb, Roħs ta' 30% għall-utenti ta' Habr fuq analogu uniku ta' servers ta' livell ta' dħul, li ġie ivvintat minna għalik: (disponibbli b'RAID1 u RAID10, sa 24 core u sa 40GB DDR4).
Dell R730xd 2 darbiet orħos? Hawn biss fl-Olanda! Dell R420 - 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB - minn $99! Aqra dwar
Sors: www.habr.com