PĂ«r shumĂ« vite, shkencĂ«tarĂ«t nga e gjithĂ« bota janĂ« angazhuar nĂ« dy gjĂ«ra â shpikje dhe pĂ«rmirĂ«sime. NdĂ«rsa ndonjĂ«herĂ« Ă«shtĂ« e paqartĂ« se cila Ă«shtĂ« mĂ« e vĂ«shtirĂ«. Merrni, pĂ«r shembull, diodet e zakonshme tĂ« ndriçimit, tĂ« cilat na duken kaq tĂ« thjeshta dhe tĂ« zakonshme, saqĂ« as nuk i kushtojmĂ« vĂ«mendje. Por nĂ«se i shtojmĂ« pak eksitone, njĂ« shpinĂ« polaritonesh dhe disulfid wolframi sipas shijes, diodet e ndriçimit nuk do tĂ« jenĂ« mĂ« kaq prozaike. TĂ« gjitha kĂ«to terma tĂ« komplikuar pĂ«rfaqĂ«sojnĂ« emra tĂ« komponenteve jashtĂ«zakonisht tĂ« pazakonta, kombinimi i tĂ« cilave i mundĂ«soi shkencĂ«tarĂ«ve tĂ« Kolegjit tĂ« Nju Jorkut tĂ« krijonin njĂ« sistem tĂ« ri, i aftĂ« tĂ« transmetojĂ« informacion nĂ« mĂ«nyrĂ« ekstremisht tĂ« shpejtĂ« me anĂ« tĂ« dritĂ«s. Kjo 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, çfarĂ« Ă«shtĂ« receta e kĂ«tij âpjatĂ«â dhe sa Ă«shtĂ« efikasiteti i diodeve tĂ« reja eksitone-polaritone? KĂ«tĂ« do na tregojnĂ« shkencĂ«tarĂ«t. Le tĂ« fillojmĂ«.
Baza e kërkimit
NĂ«se e thjeshtojmĂ« deri nĂ« njĂ« fjalĂ«, atĂ«herĂ« 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, eksitonet, plazmonet, magnonet, etj.). SĂ« dyti, eksitonet â njĂ« eksitim elektronik nĂ« dielektrik, gjysmĂ«pĂ«rçues apo metal, qĂ« migron nĂ«pĂ«r kristal dhe nuk lidhet me transferimin e ngarkesĂ«s elektrike dhe masĂ«s.
ĂshtĂ« e rĂ«ndĂ«sishme tĂ« theksohet se kĂ«to kvasipjesa preferojnĂ« ftohtĂ«sinĂ«, pra, mund tĂ« vĂ«rehet aktiviteti i tyre vetĂ«m nĂ« temperatura jashtĂ«zakonisht tĂ« ulĂ«ta, gjĂ« qĂ« kufizon shumĂ« aplikimin praktik. Por kjo ishte mĂ« parĂ«. NĂ« kĂ«tĂ« punim, shkencĂ«tarĂ«t arritĂ«n tĂ« kalojnĂ« kufizimin temperaturor dhe t'i pĂ«rdorin ato nĂ« temperatura ambientale.
Karakteristika kryesore e polaritoneve është mundësia për të lidhur fotonet me njëra-tjetrën. Fotonet, që përplasin me atomët e rubidumit, fitojnë masë. Gjatë përplasjes të shumtë, fotonet refuzojnë njëra-tjetrën, por në raste të rralla formojnë palë dhe tripletë, duke humbur përbërësin atomik, i përfaqësuar nga atomi i rubidumit.
Por të bërë diçka me dritën, është e nevojshme ta kapësh atë. Për këtë nevojitet një rezonator optik, i cili është një grup elementesh reflektuese, që formojnë një valë dritë statike.
Në këtë studim, një rol të rëndësishëm luajnë edhe më të pazakontat kuazipjesë - eksiton-polaritonet, të cilat formohen falë lidhjes së fortë midis excitonëve dhe fotonëve, të kapur në rezonatorin optik.
Megjithatë, kjo nuk është e mjaftueshme, pasi është e nevojshme një bazë materiale, siç thuhet. Dhe kush, nëse jo dikhalkogjenidi i metaleve kalimtare (DPM), do të luante më mirë këtë rol. Nëse jemi më specifikë, si material për emetim është përdorur një monolayer WS2 (disulfidi i wolframit), i cili ka energji lidhëse të konsiderueshme për excitonët, që ishte një nga kriteret kryesore për përzgjedhjen e bazës materiale.
Kombinimi i të gjithë elementeve të përmendura më sipër ka lejuar krijimin e një LED polaritoni të menaxhuar elektrikisht, që punon në temperaturë ambiente.
Për realizimin e këtij dispositivi, monolayer WS2 është vendosur midis barrierave të hollë heksagonale të nitridit të borit (hBN) me shtresa grafeni, që veprojnë si elektrod.
Rezultatet e studimit
WS2, si një dikhalkogjenid i metaleve kalimtare, është gjithashtu një material Van-der-Waals (vdW) me trashësi atomike. Kjo tregon për vetitë e tij unike elektrike, optike, mekanike dhe termike.
Në kombinim me materiale të tjera vdW, si grafeni (si një conductor) dhe nitridi heksagonal i borit (hBN, si izolator), mund të realizohen një sërë dispozitivash gjysmëpërçuesish të menaxhuar elektrikisht, në të cilat përfshihen LED-ët. Këto kombinime të materialeve Van-der-Waals dhe polaritonët janë realizuar më parë, siç e pranojnë hapur studiuesit. Megjithatë, në punimet e mëparshme, sistemet e përftuara ishin të komplikuara dhe të pasakta, si dhe nuk zbulonin të gjithë potencialin e secilës nga përbërësit.
Një nga idetë, që është frymëzuar nga paraardhësit, është përdorimi i një platforme materiale dy-dimensionale. Në këtë rast, është e mundur të realizohen pajisje me shtresa emisioni jashtëzakonisht të holla, të cilat mund të integrohen me materiale të tjera vdW, që veprojnë si kontakte (grafeni) dhe barrierat e tunelimit (hBN). Për më tepër, një dy-dimensionalitet i tillë lejon kombinimin e diodave polaritoni me materialet vdW, të cilat kanë vetitë magnetike të pazakonta, superkondutivitet të fortë dhe/ose transferime topologjike jo-standard. Si rezultat i këtij kombinimi, mund të prodhohet një tip i ri pajisjeje, vetitë e së cilës mund të jenë mjaft të pazakonta. Por, siç thonë shkencëtarët, kjo është një temë për një studim tjetër.
Imazhi Nr. 1
NĂ« imazh 1a tregohet njĂ« model three-dimensional tĂ« pajisjes, e cila i ngjan njĂ« tortĂ« me shtresa. Shtresa e argjendit shĂ«rben si pasqyra e sipĂ«rme e rezonatorit optik, ndĂ«rsa ajo e poshtme â njĂ« reflektor i shpĂ«rndarĂ« me 12 shtresa reflektori bragg*. NĂ« zonĂ«n aktive Ă«shtĂ« e vendosur njĂ« zonĂ« tunelimi.
Reflektori i shpërndarë Bragg* është një strukturë me disa shtresa, në të cilën indeksi i thyerjes së materialit ndryshon periodikisht përpendikular ndaj shtresave.
Zona tunelimi përbëhet nga një heterostrukturë vdW e përbërë nga një monoshtresë WS2 (shkaktari i dritës), shtresa të holla hBN në të dy anët e monoshtresës (barrier tunelimi) dhe grafeni (elektrodë transparente për injektimin e elektronëve dhe vrimave).
Janë shtuar edhe dy shtresa WS2 për të rritur forcën totale të gjeneratorit dhe, për rrjedhojë, për një ndarje më të theksuar të gjendjeve polaritoni Rabi.
Rezhimi i funksionimit të rezonatorit rregullohet duke ndryshuar trashësinë e shtresës PMMA (polimetilmetakrilat, pra, plastika organike).
Imazhi 1b është një fotografi e heterostrukturës vdW në sipërfaqen e reflektorit të shpërndarë Bragg. Për shkak të aftësisë së lartë reflektuese të reflektorit të shpërndarë Bragg, i cili është shtresa e poshtme, zona e tunelimit në fotografi ka një kontrast shumë të ulët të reflektimit, si rezultat, vetëm shtresa e sipërme e trashë hBN shikohet.
Grafiku 1c përfaqëson një diagramë vdW të heterostrukturës në gjeometrinë e tunelit me zhvendosje. Elektroluminescenca (EL) vërehet mbi tensionin e pragut, kur niveli i Fermi i grafenit të sipërm (të poshtëm) është zhvendosur mbi (nën) zonën e drejtueshmërisë (valencës) WS2, duke lejuar elektroneve (ndarjes) të tunelojnë në zonën e drejtueshmërisë (valencës) WS2. Kjo krijon kushte të favorshme për formimin e ekzitonëve në shtresën WS2 me rikombinimin radiactiv (të emetuar) të elektron-ndarjes.
Kallëzimi nga emituesit e dritës mbi bazën e kalimeve p-n, të cilët kërkojnë doping për funksionim, EL nga pajisjet tunel, varet përjashtimisht nga rryma tunel, duke shmangur humbjet optike dhe çdo ndryshim në rezistencën specifike të shkaktuar nga ndryshimi i temperaturës. Me të njëjtën kohë, arkitektura tunel lejon një fushë shumë më të madhe emetimi krahasuar me pajisjet e dikhalkogenidit me bazë kalimesh p-n.
Imazhi 1d demonstron karakteristikat elektrike të dendësisë së rrymës tunel (J) si funksion i tensionit të zhvendosjes (V) mes elektrodave të grafenit. Rritja e papritur e rrymës si për tensionin pozitiv ashtu edhe atë negativ tregon për shfaqjen e rrymës tunel përmes strukturës. Në trashësinë optimale të shtresave hBN (~2 nm), vërehet rrymë tunel të konsiderueshme dhe një rritje në kohën e jetesës së mbartësve të inkorporuar për rikombinimin radiactiv.
Para se të kryhej eksperimenti elektroluminescent, u krye karakterizimi i pajisjes për aftësinë reflektuese të dritës së bardhë me saktësi këndore për të konfirmuar praninë e lidhjes së fortë të ekzitonëve.
Imazhi â2
Në imazh 2a shfaqin spektrat e reflektimit me saktësi këndore nga zona aktive e pajisjes, duke demonstruar sjelljen që ndalon kalimin. Gjithashtu, u vërejt fotoluminescenca (FL) gjatë eksitimit jo-rezonant (460 nm), që demonstroi emetim të intensitetit të lartë nga dega e poshtme e polaritoneve dhe më pak emetim nga dega e sipërme e polaritoneve (2b).
NĂ« 2c tregohet disperzioni i elektroluminescencĂ«s sĂ« polaritonĂ«ve nĂ« integrimin 0.1 ÎŒA/mkÂČ. Ndarja Rabi dhe çrregullimi i rezonatorit, tĂ« marra pĂ«rmes pĂ«rshtatjes sĂ« modĂ«ve tĂ« oscilatorit (vija e bardhĂ« e vazhdueshme dhe e ndĂ«rprerĂ«) ndaj eksperimentit elektroluminescent, janĂ« ~33 meV dhe ~-13 meV pĂ«rkatĂ«sisht. Ărregullimi i rezonatorit pĂ«rcaktohet si ÎŽ = Ec â Ex, ku Ex Ă«shtĂ« energjia e eksitonit, dhe Ec pĂ«rfaqĂ«son energjinĂ« e fotonit tĂ« rezonatorit me momentum zero nĂ« plan. Grafiku 2d Ă«shtĂ« njĂ« prerje nĂ«n kĂ«nde tĂ« ndryshme tĂ« disperzionit elektroluminescent. KĂ«tu Ă«shtĂ« qartĂ« e dukshme disperzioni i modĂ«ve tĂ« sipĂ«rme dhe tĂ« poshtme tĂ« polaritonĂ«ve me antikthesĂ« qĂ« ndodh nĂ« zonĂ«n e rezonancĂ«s eksitonike.
Imazhi Nr. 3
Me rritjen e rrjedhës së tunneling, intensiteti i përgjithshëm i EL rritet. Elektroluminescenca e dobët nga polaritonët vërehet afër zhvendosjes së pragut (3a), ndërsa në një zhvendosje mjaft të madhe mbi prag, emetimi polariton bëhet i dukshëm (3b).
Në imazh 3c tregohet grafiku polarn i intensitetit të EL si funksion i këndit, që ilustron një konus të ngushtë emetimi ± 15°. Diagrami i emetimit mbetet praktikisht i pandryshuar si për rrjedhjen minimale (kurba e gjelbër), ashtu edhe për rrjedhjen maksimale (kurba portokalli) të excitimit. Në 3d tregohet intensiteti e integruar në rrjedha të ndryshme të tunnelingit, e cila, siç duket nga grafiku, është mjaft lineare. Prandaj, rritja e rrjedhës deri në vlera të larta mund të rezultojë në shpërbërjen e suksesshme të polaritonëve përgjatë degës së poshtme dhe të krijojë një diagram të jashtëzakonshëm të ngushtë të emetimit për shkak të gjenerimit të polaritonëve. Megjithatë, në këtë eksperiment nuk ishte e mundur të arrihej kjo për shkak të kufizimeve të lidhura me prishjen dielektrike të barrierës së tunnelingut hBN.
Pikat e kuqe në 3d tregon matjet e një treguesi tjetër - efikasiteti të jashtëm kuantor*.
Efikasiteti kuantor* është raporti i numrit të fotoneve, përthithja e të cilave shkaktoi formimin e quasiteksteve, me numrin total të fotoneve të përthithura.
Efiçenca kuantike e vëzhguar është e krahasueshme me atë në LED të tjera polaritone (të bazuara në materiale organike, tubat e karbonit, etj.). Megjithatë, është e rëndësishme të theksohet se në pajisjen e studiuar, trashësia e shtresës që emeton dritë është vetëm 0.7 nm, ndërsa për pajisje të tjera, kjo vlerë është shumë më e lartë. Shkencëtarët nuk e fshehin se treguesi i efikasitetit kuantik të pajisjes së tyre nuk është më i larti, por mund të rritet duke vendosur numra më të madh monoshkallësh brenda zonës tunelore, të ndara me shtresa të holla hBN.
Kërkuesit gjithashtu kontrolluan ndikimin e çrregullimit të rezonatorit në EL të polaritonit, duke prodhuar një pajisje tjetër, por me një çrregullim më të fortë (- 43 meV).
Imazhi Nr. 4
NĂ« imazh 4a tregohet spektrat e EL me resolucion kĂ«ndor tĂ« kĂ«saj pajisjeje nĂ« densitetin e rrymĂ«s 0.2 ÎŒA/mkÂČ. PĂ«r shkak tĂ« çrregullimit tĂ« fortĂ«, pajisja demonstron njĂ« efekt tĂ« theksuar tĂ« qafĂ«s sĂ« shishes nĂ« EL me maksimumin e emisionit qĂ« ndodh nĂ«n njĂ« kĂ«nd tĂ« madh. Kjo konfirmohet mĂ« tej nĂ« imazh 4b, ku krahasohen grafikĂ«t polarĂ« tĂ« kĂ«saj pajisjeje me tĂ« parĂ«n (2c).
Për një njohje më të detajuar të nuancave të hulumtimit, rekomandoj të shikoni në .
Epilogu
KĂ«shtu, tĂ« gjitha vĂ«zhgimet dhe matjet e pĂ«rmendura mĂ« sipĂ«r konfirmojnĂ« praninĂ« e elektroluminiscencĂ«s polaritone nĂ« heterostrukturĂ«n vdW, tĂ« integruar nĂ« mikror rezonatorin optik. Arkitektura tunelore e pajisjes sĂ« studiuar lejon futjen e elektronĂ«ve/vrimave dhe rikombinimin nĂ« monoshkallin WS2, i cili shĂ«rben si emetues dritĂ«. ĂshtĂ« e rĂ«ndĂ«sishme tĂ« theksohet se mekanizmi tunelor i pajisjes nuk kĂ«rkon ligjerimin e komponimeve, çka minimizon humbjet dhe ndryshimet e ndryshme qĂ« lidhen me temperaturĂ«n.
ĂshtĂ« vĂ«rtetuar se EL ka njĂ« drejtkĂ«ndĂ«sh tĂ« lartĂ« falĂ« disperzionit tĂ« rezonatorit. Prandaj, pĂ«rmirĂ«simi i cilĂ«sisĂ« sĂ« rezonatorit dhe njĂ« furnizim mĂ« i lartĂ« i rrymĂ«s do tĂ« mundĂ«sojĂ« rritjen e efikasitetit tĂ« LED-ve tĂ« mikror rezonatorĂ«ve, si dhe polaritoneve tĂ« mikror rezonatorĂ«ve dhe lazerĂ«ve fotonikĂ« tĂ« kontrolluar elektrikisht.
Ky punim e konfirmoi përsëri se dikhalkogjenidët e metaleve kalimtare kanë vërtetë veti unike dhe një gamë të gjerë aplikimesh.
Studime të tilla dhe shpikje novatore mund të kenë një ndikim të madh në zhvillimin dhe përhapjen e teknologjive të transmisionit të të dhënave përmes LED-ëve dhe dritës. Një nga këto teknologji futuriste është Li-Fi, e cila mund të ofrojë një shpejtësi shumë më të madhe se sa Wi-Fi aktual.
Faleminderit pĂ«r vĂ«mendjen, qĂ«ndroni kuriozĂ« dhe ju uroj njĂ« javĂ« tĂ« mbarĂ« tĂ« punĂ«s, ragazzi! đ
Faleminderit që qëndroni me ne. Ju pëlqejnë artikujt tanë? Dëshironi të shihni më shumë materiale interesante? Na mbështetni duke bërë një porosi ose duke na rekomanduar miqve tuaj. 30% zbritje për përdoruesit e Habra në një analog unik të serverëve entry-level, të cilin e kemi shpikur për ju: (opcionet me RAID1 dhe RAID10, deri në 24 bërthama dhe deri në 40GB DDR4 janë të disponueshme).
Dell R730xd pĂ«r dy herĂ« mĂ« lirĂ«? VetĂ«m te ne 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
