Солхои зиёд олимони тамоми чахон бо ду кор машгуланд — ихтироъ кардан ва такмил додан. Ва баъзан маълум нест, ки кадоме аз инҳо мушкилтар аст. Масалан, диодҳои оддиро гирем, ки ба назари мо он қадар оддӣ ва оддӣ менамояд, ки мо ба онҳо аҳамият намедиҳем. Аммо агар шумо якчанд экситонҳо, як рози поляритонҳо ва дисульфиди вольфрамро илова кунед, LEDҳо дигар он қадар прозаӣ нахоҳанд шуд. Ҳамаи ин истилоҳҳои абстристӣ номҳои ҷузъҳои бениҳоят ғайриоддӣ мебошанд, ки омезиши онҳо ба олимони Коллеҷи шаҳри Ню-Йорк имкон дод, ки системаи наверо эҷод кунанд, ки метавонад бо истифодаи нур маълумотро хеле зуд интиқол диҳад. Ин рушд ба такмил додани технологияи Li-Fi мусоидат мекунад. Компонентҳои технологияи нав маҳз кадомҳоянд, рецепти ин «табақ» чист ва самаранокии LED-и нави экситон-поляритон чӣ гуна аст? Дар ин бора маърузаи олимон накл мекунад. Бирав.
Асоси тадқиқот
Агар ҳама чиз ба як калима содда карда шавад, пас ин технология сабук ва ҳама чизест, ки бо он алоқаманд аст. Аввалан, поляритонҳо, ки ҳангоми таъсири фотонҳо бо ҳаяҷонҳои миёна (фононҳо, экситонҳо, плазмонҳо, магнонҳо ва ғайра) ба вуҷуд меоянд. Дуюм, эксситонҳо барангезиши электронӣ дар диэлектрик, нимноқил ё металл мебошанд, ки тавассути кристалл ҳаракат мекунанд ва бо интиқоли заряд ва массаи барқ алоқаманд нестанд.
Бояд қайд кард, ки ин квазизарраҳо сардиро хеле дӯст медоранд; фаъ-олияти онхоро танхо дар харорати нихоят паст мушохида кардан мумкин аст, ки ин татбики амалии онхоро хеле махдуд мекунад. Аммо ин пештар буд. Дар ин кор олимон тавонистанд маҳдудияти ҳароратро бартараф карда, онҳоро дар ҳарорати хонагӣ истифода баранд.
Хусусияти асосии поляритонҳо қобилияти пайваст кардани фотонҳо ба ҳамдигар мебошад. Фотонҳое, ки бо атомҳои рубидий бархӯрдаанд, масса мегиранд. Дар ҷараёни бархӯрдҳои сершумор, фотонҳо аз ҳамдигар мепаранд, аммо дар ҳолатҳои нодир онҳо ҷуфтҳо ва сегонаҳоро ташкил медиҳанд, дар ҳоле ки ҷузъи атомии атоми рубидииро гум мекунанд.
Аммо барои он ки бо нур чизе кор кунад, онро дастгир кардан лозим аст. Барои ин резонатори оптикӣ лозим аст, ки маҷмӯи унсурҳои инъикоскунандаи мавҷи нури устуворро ташкил медиҳад.
Дар ин тадкикот квазизаррачахои боз хам гайриоддитар, экситон-поляритонхо, ки дар натичаи пайвастани пурзури экситонхо ва фотонхои дар холигии оптики бандшуда ба вучуд меоянд, роли халкунанда мебозанд.
Вале ин кифоя нест, зеро ба гуфгг базаи моддй зарур аст. Ва кӣ, агар дихалкогениди металлии гузариш (TDM) набошад, ин нақшро нисбат ба дигарон беҳтар иҷро мекунад. Аниқтараш, як қабати WS2 (дисульфиди вольфрам) ҳамчун маводи партобкунанда истифода шуд, ки дорои энергияи таъсирбахши ҳатмӣ мебошад, ки яке аз меъёрҳои асосии интихоби заминаи моддӣ гардид.
Маҷмӯи ҳамаи унсурҳои дар боло тавсифшуда имкон дод, ки LED-и аз ҷиҳати электрикӣ идорашавандаи поляритонӣ, ки дар ҳарорати хона кор мекунад, эҷод карда шавад.
Барои татбиқи ин дастгоҳ, як қабати WS2 дар байни монеаҳои туннелии нитриди бор (hBN) бо қабатҳои графен ҳамчун электродҳо ҷойгир аст.
Натиҷаҳои омӯзиш
WS2, ки дихалкогениди металлии гузариш мебошад, инчунин як маводи аз ҷиҳати атомӣ борик ван дер Ваалс (vdW) мебошад. Ин хосиятҳои беназири электрикӣ, оптикӣ, механикӣ ва гармии онро нишон медиҳад.
Дар якҷоягӣ бо дигар маводҳои vdW, аз қабили графен (ҳамчун ноқил) ва нитриди бор шашкунҷа (hBN, ҳамчун изолятор), як қатор дастгоҳҳои нимноқилҳои бо нерӯи барқ идоршаванда, ки LEDҳоро дар бар мегиранд, метавонанд амалӣ карда шаванд. Чунин комбинатсияи маводҳои ван дер Ваалс ва поляритонҳо, чунон ки муҳаққиқон самимона мегӯянд, қаблан амалӣ шуда буданд. Аммо дар навиштахои пештара системахои ба вучуд омада мураккаб ва номукаммал буда, имкониятхои хар як кисми таркибиро пурра ошкор накардаанд.
Яке аз ғояҳое, ки аз пешгузаштагон илҳом гирифтаанд, истифодаи платформаи дуҷонибаи моддӣ буд. Дар ин ҳолат мумкин аст, ки дастгоҳҳои дорои қабатҳои партовҳои атомии борик, ки метавонанд бо дигар маводи vdW ҳамчун алоқаҳо (графен) ва монеаҳои туннелингӣ (hBN) муттаҳид шаванд. Илова бар ин, ин дученака имкон медиҳад, ки LED-ҳои поляритонӣ бо маводҳои vdW бо хосиятҳои ғайриоддии магнитӣ, суперноқилияти қавӣ ва/ё интиқоли топологии ғайристандартӣ якҷоя карда шаванд. Дар натичаи ин гуна комбинат шумо метавонед як намуди тамоман нави дастгохро ба даст оред, ки хосиятхои он хеле гайриоддй буда метавонад. Аммо, чунон ки олимон мегӯянд, ин мавзӯъ барои таҳқиқоти дигар аст.
Тасвир №1
Дар тасвир 1а модели сеченакаи дастгохеро нишон медихад, ки ба торти кабат шабохат дорад. Оинаи болоии резонатори оптикӣ қабати нуқра ва поёни 12-қабати тақсимшуда мебошад. Рефлектори Bragg*. Дар минтақаи фаъол минтақаи туннель мавҷуд аст.
Рефлектори тақсимшудаи Bragg* - сохтори якчанд қабатҳо, ки дар он нишондиҳандаи шикастани мавод давра ба давра ба қабатҳо перпендикуляр тағйир меёбад.
Минтақаи нақб аз гетероструктураи vdW иборат аст, ки аз як қабати WS2 (эмиттори нур), қабатҳои тунуки hBN дар ҳар ду тарафи моноқабат (монеаи нақб) ва графен (электродҳои шаффоф барои ворид кардани электронҳо ва сӯрохиҳо) иборат аст.
Ду қабати дигари WS2 барои баланд бардоштани қувваи умумии осциллятор ва аз ин рӯ, тақсимоти равшани Раби дар ҳолати поляритонӣ илова карда шуданд.
Реҷаи кори резонатор бо роҳи тағир додани ғафсии қабати PMMA (полиметилметакрилат, яъне плексигласс) танзим карда мешавад.
Image Image 1b ин акси гетероструктураи vdW дар рӯи рефлектори тақсимшудаи Брэгг мебошад. Аз сабаби инъикоси баланди рефлектори тақсимшудаи Брегг, ки қабати поёнӣ мебошад, минтақаи нақб дар тасвир контрасти инъикоси хеле паст дорад, ки дар натиҷа танҳо қабати ғафси болоии hBN мушоҳида мешавад.
Графикӣ 1s диаграммаи минтақавии гетероструктураи vdW-ро дар геометрияи нақби зери ҷойивазкунӣ нишон медиҳад. Электролюминессенсия (EL) болотар аз шиддати ҳадди ниҳоӣ мушоҳида мешавад, вақте ки сатҳи Ферми графен боло (поён) аз банди гузарониши (валентӣ) WS2 боло (поён) кӯчонида мешавад ва имкон медиҳад, ки электрон (сӯрох) ба гузариши WS2 нақб шавад (валентӣ) банд. Ин барои ташаккули экситонҳо дар қабати WS2 ва пас аз рекомбинатсияи сӯрохиҳои электронии радиатсионӣ (радиатсионӣ) шароити мусоид фароҳам меорад.
Баръакси эмитентҳои рӯшноӣ, ки ба пайвандҳои pn асос ёфтаанд, ки барои кор допингро талаб мекунанд, EL аз дастгоҳҳои нақбӣ танҳо аз ҷараёни нақб вобаста аст, ки талафоти оптикӣ ва ҳама гуна тағирёбии муқовиматро дар натиҷаи тағирёбии ҳарорат пешгирӣ мекунад. Дар айни замон, меъмории туннель имкон медихад, ки нисбат ба дастгоххои дихалкогенидй, ки дар асоси узвхои pn асос ёфтаанд, майдони хеле калонтари радиациониро ташкил дихад.
Image Image 1d хусусиятхои электрикии зичии чараёни туннелиро нишон медихад (J) ҳамчун функсияи шиддати қафо (V) байни электродхои графен. Афзоиши якбораи ҷараён ҳам барои шиддати мусбат ва ҳам манфӣ аз пайдо шудани ҷараёни нақбшавӣ тавассути сохтор шаҳодат медиҳад. Дар ғафсии оптималии қабатҳои hBN (~2 нм) ҷараёни назарраси нақбкашӣ ва зиёдшавии умри интиқолдиҳандаҳои имплантатсияшуда барои рекомбинатсияи радиатсионӣ мушоҳида мешавад.
Пеш аз озмоиши электролюминессенсия, дастгоҳ бо инъикоси нури сафед бо қарори кунҷӣ тавсиф карда шуд, то мавҷудияти пайвасти қавии exciton тасдиқ карда шавад.
Тасвир №2
Дар тасвир 2а спектрҳои инъикоси кунҷи ҳалшаванда аз минтақаи фаъоли дастгоҳ нишон дода шудаанд, ки рафтори зидди убурро нишон медиҳанд. Фотолюминесценция (PL) инчунин бо барангезиши ғайрирезонансӣ (460 нм) мушоҳида карда шуд, ки партовҳои шадидро аз шохаи поёнии поляритон ва эмиссияи заифтар аз шохаи болоии поляритон (2b).
Дар бораи он 2s парокандагии электролюминесценцияи поляритон барои ворид кардани 0.1 мкА/мкм2 нишон дода шудааст. Тақсимкунии Раби ва детонатори резонатор, ки дар натиҷаи ба таҷрибаи электролюминесцентӣ пайваст кардани режимҳои осциллятор (хатти сафед ва нуқтадор) ба даст оварда шудаанд, мутаносибан ~33 меВ ва ～-13 меВ мебошанд. Танзими резонатор ҳамчун δ = Ec − Ex муайян карда мешавад, ки дар он Ex энергияи барангезанда ва Ec энергияи фотони резонатор бо импулси сифр дар ҳамворӣ мебошад. Ҷадвал 2d он буриш дар кунҷҳои гуногун аз дисперси электролюминесцентӣ мебошад. Дар ин ҷо парокандагии режимҳои поляритонии болоӣ ва поёниро бо антикроссинг дар минтақаи резонанси ҳаяҷонбахш ба таври равшан дидан мумкин аст.
Тасвир №3
Бо зиёд шудани ҷараёни туннелӣ, шиддатнокии умумии EL меафзояд. EL-и заиф аз поляритонҳо дар наздикии ғарази остона мушоҳида мешавад (3а), дар ҳоле ки дар як гузариши ба таври кофӣ калон болотар аз ҳадди, партови поляритон фарқ мекунад (3b).
Дар тасвир 3s графики қутбии шиддатнокии EL-ро ҳамчун функсияи кунҷ нишон медиҳад, ки конуси танги ± 15 ° -ро тасвир мекунад. Намунаи радиатсионӣ ҳам барои ҷараёнҳои ҳаяҷонбахши минималӣ (каҷи сабз) ва максималӣ (каҷи норанҷӣ) амалан бетағйир мемонад. Дар бораи 3d шиддатнокии интегралӣ барои ҷараёнҳои гуногуни ҳаракаткунандаи туннел нишон дода шудааст, ки он, чунон ки аз график дида мешавад, хеле хаттӣ аст. Аз ин рӯ, афзоиши ҷараён ба арзишҳои баланд метавонад боиси бомуваффақият пароканда шудани поляритонҳо қад-қади шохаи поёнӣ гардад ва аз ҳисоби тавлиди поляритонҳо шакли хеле танги радиатсионӣ эҷод кунад. Аммо, дар ин таҷриба, ин аз сабаби маҳдудияти марбут ба шикастани диэлектрикии монеаи нақби hBN имконпазир набуд.
нуқтаҳои сурх дар 3d ченкунихои нишондихандаи дигар — беруниро нишон диханд самаранокии квантӣ *.
Самаранокии квантӣ* таносуби шумораи фотонҳое мебошад, ки азхудкунии онҳо боиси пайдоиши квазизаррачаҳо ба шумораи умумии фотонҳои ғарқшуда мебошад.
Самаранокии квантии мушоҳидашуда бо он дар дигар LED-ҳои полярӣ (дар асоси маводи органикӣ, қубурҳои карбон ва ғайра) муқоисашаванда аст. Бояд гуфт, ки гафсии кабати рушноидиханда дар аппарати тадкикшаванда хамагй 0.7 нм мебошад, хол он ки дар дигар аппаратхо ин кимат хеле зиёд аст. Олимон пинхон намедоранд, ки шохиси самаранокии квантии дастгоҳи онҳо баландтарин нест, аммо онро тавассути ҷойгир кардани шумораи бештари моноқабатҳо дар дохили минтақаи туннель, ки бо қабатҳои тунуки hBN ҷудо карда шудаанд, зиёд кардан мумкин аст.
Тадқиқотчиён инчунин таъсири резонаторро ба поляритони EL тавассути сохтани дастгоҳи дигар, вале бо қавитар (-43 меВ) санҷиданд.
Тасвир №4
Дар тасвир 4а Спектрҳои EL бо қарори кунҷии чунин дастгоҳ дар зичии ҷорӣ 0.2 мкА/мкм2 нишон дода шудаанд. Аз сабаби танзими қавӣ, дастгоҳ дар EL таъсири намоёни монеаро нишон медиҳад, ки ҳадди ниҳоии партовҳо дар кунҷи калон рух медиҳад. Ин боз дар тасвир тасдиқ карда мешавад. 4b, ки дар он қитъаҳои қутбии ин дастгоҳ бо аввалин (2s).
Барои шиносоӣ бо нозукиҳои омӯзиш, ман тавсия медиҳам, ки ба он нигаред .
Эпилогонӣ
Ҳамин тариқ, ҳама мушоҳидаҳо ва ченакҳои дар боло тавсифшуда мавҷудияти электролюминессенсияи поляритониро дар гетероструктураи vdW, ки дар микроковики оптикӣ ҷойгир карда шудаанд, тасдиқ мекунанд. Архитектураи нақби дастгоҳи мавриди омӯзиш ҷорӣ намудани электронҳо/сӯрохиҳо ва рекомбинатсияро дар моноқабати WS2, ки ҳамчун эмитенти нур хизмат мекунад, таъмин мекунад. Муҳим аст, ки механизми туннели дастгоҳ хӯлаи ҷузъҳоро талаб накунад, ки талафот ва тағироти гуногуни ҳароратро кам мекунад.
Муайян карда шуд, ки EL аз сабаби парокандашавии резонатор самти баланд дорад. Аз ин рӯ, беҳтар кардани омили сифати резонатор ва таъминоти баландтари ҷорӣ самаранокии LED-ҳои микроковакӣ, инчунин поляритонҳои микрокавитаҳои электрикӣ ва лазерҳои фотонро беҳтар мекунад.
Ин кор бори дигар тасдиқ кард, ки дихалкогенидҳои металлии гузаранда дорои хосиятҳои воқеан беназир ва доираи хеле васеъ мебошанд.
Чунин тадқиқот ва ихтирооти навоварона метавонанд ба таҳия ва паҳн кардани технологияҳои интиқоли маълумот тавассути LEDҳо ва худи рӯшноӣ таъсир расонанд. Чунин технологияҳои футуристӣ Li-Fi-ро дар бар мегиранд, ки метавонанд суръати тезтарро нисбат ба Wi-Fi-и ҳозира таъмин кунанд.
Ташаккур барои таваҷҷуҳ, кунҷков бошед ва ба ҳама ҳафтаи олӣ бахшед! 🙂
Ташаккур ба шумо барои бо мо мондан. Мақолаҳои мо ба шумо маъқуланд? Мехоҳед мундариҷаи ҷолибтарро бубинед? Бо фармоиш додан ё тавсия додан ба дӯстон моро дастгирӣ кунед, 30% тахфиф барои корбарони Habr дар аналоги беназири серверҳои сатҳи ибтидоӣ, ки аз ҷониби мо барои шумо ихтироъ шудааст: (бо RAID1 ва RAID10, то 24 ядро ва то 40 ГБ DDR4 дастрас аст).
Dell R730xd 2 маротиба арзонтар? Танҳо дар ин ҷо дар Нидерландия! Dell R420 - 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB - аз $99! Дар бораи хондан
Манбаъ: will.com