PĂ«r shumĂ« vite, shkencĂ«tarĂ«t nga e gjithĂ« bota kanĂ« marrĂ« pjesĂ« nĂ« dy gjĂ«ra â shpikjen dhe pĂ«rmirĂ«simin. Dhe ndonjĂ«herĂ« nuk Ă«shtĂ« e qartĂ« se cila prej tyre Ă«shtĂ« mĂ« e vĂ«shtirĂ«. Merrni, pĂ«r shembull, LED-tĂ« e zakonshĂ«m, tĂ« cilĂ«t na duken kaq tĂ« thjeshtĂ« dhe tĂ« zakonshĂ«m, saqĂ« nuk i kushtojmĂ« shumĂ« vĂ«mendje. Por nĂ«se i shtojmĂ« pak eksitone, njĂ« marrje tĂ« polaritonĂ«ve dhe disa disulfide tungsten sipas shijes, LED-tĂ« nuk do tĂ« duken mĂ« kaq prozaikĂ«. TĂ« gjitha kĂ«to terma tĂ« çuditshĂ«m janĂ« emra tĂ« pĂ«rbĂ«rĂ«sve shumĂ« tĂ« pazakontĂ«, tĂ« cilĂ«t kanĂ« lejuar shkencĂ«tarĂ«t e Kolegji tĂ« Chitit tĂ« Nju Jorkut tĂ« krijojnĂ« njĂ« sistem tĂ« ri, tĂ« aftĂ« tĂ« transmetojĂ« informacionin shumĂ« shpejt pĂ«rmes dritĂ«s. Ky zhvillim do tĂ« ndihmojĂ« nĂ« pĂ«rmirĂ«simin e teknologjisĂ« Li-Fi. Cilat pĂ«rbĂ«rĂ«s tĂ« rinj u pĂ«rdorĂ«n nĂ« kĂ«tĂ« teknologji, cili Ă«shtĂ« receta e kĂ«tij "pjatĂ«" dhe cila Ă«shtĂ« efikasiteti i funksionit tĂ« LED-it tĂ« ri eksiton-polariton? KĂ«tĂ« do tĂ« na tregojĂ« raporti i shkencĂ«tarĂ«ve. Le tĂ« fillojmĂ«.
Baza e studimit
NĂ«se i thjeshtojmĂ« gjĂ«rat nĂ« njĂ« fjalĂ«, kjo teknologji Ă«shtĂ« drita dhe gjithçka qĂ« lidhet me tĂ«. SĂ« pari, polaritonet, tĂ« cilat lindin nga ndĂ«rveprimi i fotoneve me eksitimet e mediumit (fononat, ekzitonat, plazmonat, magnonat, etj.). SĂ« dyti, ekzitonat â njĂ« eksitim elektronik nĂ« dielektrik, gjysmĂ«pĂ«rçues ose metal, qĂ« migron nĂ«pĂ«r kristal dhe nuk Ă«shtĂ« i lidhur me transportin e ngarkesĂ«s elektrike dhe masĂ«s.
ĂshtĂ« e rĂ«ndĂ«sishme tĂ« theksohet se kĂ«to kuazi-partikula e duan shumĂ« ftohtĂ«sinĂ«, domethĂ«nĂ«, aktiviteten e tyre mund ta vĂ«zhgojmĂ« vetĂ«m nĂ« temperatura shumĂ« tĂ« ulĂ«ta, çka e kufizon shumĂ« pĂ«rdorimin praktik. Por kjo ishte mĂ« parĂ«. NĂ« kĂ«tĂ« punim, shkencĂ«tarĂ«t arritĂ«n tĂ« kalojnĂ« kĂ«tĂ« kufizim temperaturor dhe tĂ« pĂ«rdorin ato nĂ« temperatura ambienti.
Karakteristika kryesore e polaritoneve është mundësia për të lidhur fotonet me njëra-tjetrën. Fotone që përplasen me atomet e rubidit fitojnë masë. Në procesin e përplasjeve të shumëfishta, fotonet refuzojnë nga njëra-tjetra, por në raste të rralla formojnë çifte dhe tripleta, duke humbur përbërësin atomik, i përfaqësuar nga atomi i rubidit.
Megjithatë, për të bërë diçka me dritën, duhet ta kapim atë. Kjo është arsyeja pse na duhen rezonatorët optikë, të cilët përbëhen nga një grup elementesh reflektues, që formojnë një valë dritore stacionare.
NĂ« kĂ«tĂ« studim, njĂ« rol tĂ« rĂ«ndĂ«sishĂ«m luajnĂ« edhe mĂ« shumĂ« kĂ«to quasi-partikula tĂ« pazakonta â eksiton-polaritonet, tĂ« cilat formohen nga lidhja e fortĂ« midis eksitoneve dhe fotoneve, tĂ« kapura nĂ« rezonatorin optik.
Megjithëse kjo është e pamjaftueshme, sepse nevojitet një bazë materiale, për ta thënë ndryshe. Dhe kush tjetër përveç disulfidit të metalit kalimtar (DPM) do ta luajë më mirë këtë rol. Nëse jemi më të saktë, materiali emetues që u përdor është monokatia WS2 (disulfid tungsteni), e cila ka energji lidhëse të konsiderueshme për eksitonet, që ishte një nga kriteret kryesore për zgjedhjen e bazës materiale.
Kombinimi i të gjithë elementeve të përmendura më sipër ka lejuar krijimin e një dritë LED polaritonësh të kontrolluar elektrikisht, që funksionon në temperatura dhome.
Për realizimin e këtij dispositivi, monokati WS2 është vendosur mes barrierave të holla heksagonale të azotit borit (hBN) me shtresa grafenesh, që shërbejnë si elektroda.
Rezultatet e hulumtimit
WS2, si një dikhalkogjenid i metalit kalimtar, është gjithashtu një material Van-der-Waals (vdW) me trashësi atomike. Kjo tregon për pronat e tij unike elektrike, optike, mekanike dhe termike.
Në bashkëpunim me materiale të tjera vdW, si grafeni (si një udhëzues) dhe azoti borit heksagonal (hBN, si një izolues), mund të realizohen një mori dispozita pol semikonduktore që kontrollohen elektrikisht, duke përfshirë LED-et. Kombinimet e tilla të materialeve Van-der-Waals dhe polaritonëve janë realizuar më parë, siç tregojnë qartë hulumtuesit. Megjithatë, në punimet e mëparshme sistemet e marra si rezultat ishin të ndërlikuara dhe të papërkryera, duke mos zbuluar të gjithë potencialin e secilës përbërës.
Një nga idetë, frymëzimi për të cilat ishte paraardhësit, ishte përdorimi i një platforme të materialit dy-dimensional. Në këtë mënyrë, mund të zbatohen pajisje me shtresa emisive atomike të holla, të cilat mund të integrohen me materiale vdW, që shërbejnë si kontakte (grafeni) dhe barrierat tunel (hBN). Për më tepër, një dyzësi e tillë lejon bashkimin e LED-ve polariton me materialet vdW që kanë pronat magnetike të pazakonta, superkonduktivitet të fuqishëm dhe/ose transferta topologjike jo standarde. Si rezultat i këtij bashkimi, mund të krijohet një lloj të ri pajisjeje, pronat e së cilës mund të jenë mjaft të pazakonshme. Por, siç thonë shkencëtarët, kjo është një temë për një studim tjetër.
Imazhi â1
Në imazhin 1a tregohet një model tre-dimensional i pajisjes, që i ngjan një pite me feta. Si pasqyrë e sipërme e rezonatorit optik shërben një shtresë argjendi, ndërsa si poshtme - një reflektor i distribuuar me 12 shtresa reflektori Bragg*. Në zonën aktive është vendosur zona tunel.
Reflektori i distribuuar Bragg* â njĂ« strukturĂ« me disa nivele ku treguesi i thyerjes sĂ« materialit ndryshon periodikisht perpendicularisht me nivelet.
Zona e tunnelit përbëhet nga një heterostrukturë vdW e përbërë nga një monoshtresë WS2 (burim drite), shtresa të hBN të holla në të dy anët e monoshtresës (barrierë tuneli) dhe grafeni (elektroda transparente për injektimin e elektroneve dhe vrimave).
Jane shtuar dy nivele të tjera WS2 për të rritur forcën totale të gjeneratorit dhe, për rrjedhojë, për një ndarje më të dukshme të gjendjeve polaritoni Rabin.
Rejimi i funksionimit të rezonatorit rregullohet duke ndryshuar trashësinë e shtresës PMMA (polimetilmetakrilati, pra, plastika organike).
Imazh 1b kjo është një fotografi e heterostrukturës vdW në sipërfaqen e reflektorit të Bragg të shpërndarë. Për shkak të aftësisë së lartë reflektuese të reflektorit të Bragg të shpërndarë, që është shtresa e poshtme, zona e tunnelit në fotografi ka një kontrast shumë të ulët reflektimi, duke rezultuar në vetëm shtresën e sipërme të trashë hBN.
Grafik 1c paraqet një diagramë vdW të heterostrukturës në gjeometrinë e tunelit gjatë zhvendosjes. Elektrluminescenca (EL) vrojtohet mbi tensionin kufitar, kur niveli i Fermi i grafenit të sipërm (apo të poshtëm) është zhvendosur mbi (apo nën) zonën e udhëtimit (valentizmi) të WS2, duke lejuar që elektroni (duke) të tunelojë në zonën e udhëtimit (valentizmi) të WS2. Kjo krijon kushte të favorshme për formimin e eksitonëve në shtresën e WS2 me ribashkimin radiativ (emitor).
Në ndryshim nga burimet e dritës të bazuara në kalimet p-n, për punën e të cilave kërkohet doping, EL nga pajisjet tunel i varfër vetëm nga rrjedha tunel, e cila parandalon humbjet optike dhe çdo ndryshim në rezistencën specifike që shkaktohet nga ndryshimi i temperaturës. Ndërkohë, arkitektura e tunelit lejon një zonë shumë më të madhe emetimi krahasuar me pajisjet e dyshkallë të bazuara në kalimet p-n.
Imazh 1d demonstron karakteristikat elektrike të dendësisë së rrjedhës tunel (J) si funksion i tensionit të zhvendosjes (V) ndër elektrodët e grafenit. Rritja e papritur e rrymës për tensionin pozitiv dhe negativ tregon për krijimin e rrymës përmes strukturës. Në trashësinë optimale të shtresave hBN (~2 nm), vërehet një rrymë tunele e dukshme dhe një rritje e kohës së jetës së bartësve të inkorporuar për rikombinimin emetues.
Para realizimit të eksperimentit elektroluminescente, u krye karakterizimi i vejës për aftësinë reflektuese të dritës së bardhë me rezolutë këndore për të konfirmuar praninë e lidhjes të fortë ekzitonike.
Imazhi â2
Në imazhin 2a u treguan spektrat e reflektimit me rezolutë këndore nga zona aktive e vejës, duke demonstruar sjellje që pengon kalimin. Po ashtu, u vërejt fotoluminescencë (FL) gjatë eksitimit jo-rezonant (460 nm), duke demonstruar emetim të fortë nga dega e poshtme e polaritonit dhe emetim më të dobët nga dega e sipërme e polaritonit (2b).
NĂ« 2s tregohet dispersioni i elektroluminescencĂ«s sĂ« polaritonit gjatĂ« futjes sĂ« 0.1 ”A/mkÂČ. Ndarja Rabi dhe shqetĂ«simi i rezonatorit, tĂ« cilat u fituan pĂ«rmes pĂ«rshtatjes sĂ« modifikimeve tĂ« oscilatorit (vijat e zigzaguara dhe tĂ« vazhduara tĂ« bardha) me eksperimentin elektroluminescent, janĂ« afĂ«rsisht 33 meV dhe -13 meV pĂ«rkatĂ«sisht. ShqetĂ«simi i rezonatorit pĂ«rkufizohet si ÎŽ = Ec â Ex, ku Ex Ă«shtĂ« energjia e eksitonit, dhe Ec pĂ«rfaqĂ«son energjinĂ« e fotonit tĂ« rezonatorit me impulset zero nĂ« fushĂ«. Grafiku 2d ky Ă«shtĂ« njĂ« prerje nga kĂ«ndet e ndryshme tĂ« dispersisĂ« elektroluminescente. KĂ«tu, Ă«shtĂ« mirĂ« e dukshme dispersioni i modave polariton mĂ« tĂ« lartĂ« dhe mĂ« tĂ« ulĂ«t me antikontakim qĂ« ndodh nĂ« zonĂ«n e rezonanĂ«s eksitonike.
Imazhi Nr. 3
Me rritjen e rrymës së tunnelingut, intensiteti total i EL rritet. EL e dobët nga polaritonet vërehet afër zhvendosjes së pragut (3a), ndërsa me një zhvendosje të mjaftueshme mbi prag, emetimi polariton bëhet i qartë (3b).
Në imazhin 3c tregohet grafiku polar i intensitetit ELL si funksion i këndit, duke paraqitur një konus të ngushtë emetimi ± 15°. Diagrami i emissionit mbetet praktikisht i pandryshuar si për minimumin (kurba e gjelbër), ashtu edhe për maksimumin (kurba portokalli) e rrymës së eksitimit. Në 3d tregohet intensiteti i integruar për rrymat e ndryshme të tunelit, që, siç shihet nga grafiku, është mjaft linear. Prandaj, rritja e rrymës në vlera të larta mund të çojë në shpërndarjen e suksesshme të polaritonëve përgjatë degës së poshtme dhe të krijojë një diagram emetimi jashtëzakonisht të ngushtë për shkak të gjenerimit të polaritonëve. Megjithatë, në këtë eksperiment nuk ishte e mundur të arrihej kjo për shkak të një kufizimi lidhur me thyerjen dielektrike të kufirit të tunelit hBN.
Pikat e kuqe nĂ« 3d tregojnĂ« matjet e njĂ« treguesi tjetĂ«r â efikasiteti tĂ« jashtĂ«m efikasitetit kuantik*.
Efikasiteti kuantik* â raporti i numrit tĂ« fotoneve, absorbimi i tĂ« cilave shkaktoi formimin e kuazicĂ«shtjellave, ndaj numrit total tĂ« fotoneve tĂ« absorbuara.
Efikasiteti kuantik i vëzhguar është në nivel të ngjashëm me atë në LED-të e tjera polaritonesh (të bazuara në materiale organike, tubat e karbonit, etj.). Vlen të theksohet se në pajisjen e studiuar, trashësia e shtresës dritëpërçues është vetëm 0.7 nm, ndërsa në pajisje të tjera ky tregues është shumë më e lartë. Shkencëtarët nuk e fshehin se treguesi i efikasitetit kuantik të pajisjes së tyre nuk është më i larti, por ai mund të rritet duke vendosur një numër më të madh monoshkallësh brenda zonës së tunelit, të ndara me shtresa të hBN të holla.
Kërkuesit gjithashtu verifikuan ndikimin e shqetësimit të rezonatorit në EL polariton, duke prodhuar një pajisje tjetër, por me një shqetësim më të fortë (- 43 meV).
Imazhi â4
NĂ« imazhin 4a Spektrat EL me resolucion kĂ«ndor tĂ« kĂ«saj pajisjeje janĂ« treguar me densitet aktual prej 0.2 ÎŒA/mkÂČ. PĂ«r shkak tĂ« shqetĂ«simit tĂ« fortĂ«, pajisja tregon njĂ« efekt tĂ« dukshĂ«m tĂ« qafĂ«s sĂ« shishkes nĂ« EL me maksimumin e emisionit qĂ« ndodh nĂ«n njĂ« kĂ«nd tĂ« madh. Kjo konfirmohet mĂ« tej nĂ« imazh 4b, ku grafikat polare tĂ« kĂ«saj pajisjeje krahasohen me tĂ« parĂ«n (2s).
Për një njohje më të detajuar me nuancat e hulumtimit, rekomandoj të shikoni në .
Epilogu
KĂ«shtu, tĂ« gjitha vĂ«zhgimet dhe matjet e sipĂ«rpĂ«rmendura konfirmojnĂ« prani e elektroluminescencĂ«s polaritone nĂ« strukturĂ«n hetero-vdW, e integruar nĂ« mikrorezonatorin optik. Arkitektura tunelore e pajisjes sĂ« studiuar siguron futurimin e elektroneve/vrimave dhe rikombinimin nĂ« monoshtesĂ«n WS2, e cila shĂ«rben si burim drite. ĂshtĂ« e rĂ«ndĂ«sishme qĂ« mekanizmi i tunelit tĂ« pajisjes nuk kĂ«rkon legjendimin e komponenteve, gjĂ« qĂ« minimizon humbjet dhe ndryshimet e ndryshme tĂ« lidhura me temperaturĂ«n.
ĂshtĂ« vĂ«rtetuar se elektroluminescenca ka njĂ« orjentim tĂ« lartĂ« falĂ« dispersisĂ« sĂ« rezonatorit. Ndaj, pĂ«rmirĂ«simi i cilĂ«sisĂ« sĂ« rezonatorit dhe njĂ« furnizim mĂ« i lartĂ« me energji do tĂ« lejojĂ« rritjen e efikasitetit tĂ« diodave LED mikrorezonator, si dhe polaritonĂ«ve dhe lazerĂ«ve fotonikĂ« tĂ« mikrorezonatorĂ«ve tĂ« menaxhuar elektrikisht.
Ky punim konfirmon sërish se dikhalkogjenidët e metaleve kalimtare kanë vërtetë veti unike dhe një gamë të gjerë përdorimi.
Këto hetime dhe shpikje novatore mund të kenë një ndikim të rëndësishëm në zhvillimin dhe përhapjen e teknologjive të transmetimit të të dhënave përmes LED-ve dhe dritës në përgjithësi. Një nga këto teknologji futuriste është Li-Fi, e cila mund të ofrojë shpejtësi ndjeshëm më të lartë se Wi-Fi aktual.
FalĂ«nderoj pĂ«r vĂ«mendjen, qĂ«ndroni kuriozĂ« dhe gjithĂ« tĂ« mirat pĂ«r njĂ« javĂ« tĂ« mbarĂ«, guys! đ
Faleminderit që jeni me ne. Ju përqejnë artikujt tanë? Doni të shihni më shumë materiale interesante? Na mbështesni me një porosi ose duke na rekomanduar miqve tuaj, 30% zbritje për përdoruesit e Habra për një alternativë unike të serverëve entry-level, e cila është krijuar nga ne për ju: (disponohen variante me RAID1 dhe RAID10, deri në 24 bërthama dhe deri në 40GB DDR4).
Dell R730xd pĂ«r dy herĂ« mĂ« lirĂ«? VetĂ«m kĂ«tu nĂ« HolandĂ«! Dell R420 â 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB â nga $99! Lexoni rreth
Burimi: habr.com
