Bir guruh amerikalik olimlar aniqladilarki, atom qalinligiga bir oz egilgan LED yarimo'tkazgichlar 100% ga yaqin rentabellikga ega yorug'lik chiqarishi mumkin va yorqinligi oshgani sari samaradorlik pasayishining oldini oladi-bu odatda bu LEDlarni bezovta qiladi.
Smartfon ekranlaridan past energiyali yoritishgacha, yorug'lik chiqaruvchi diodlar (LED) dunyoni ko'p marta o'zgartirdi. Yorug'lik kuchayishi bilan LEDlarning samaradorligi pasayadi-bu muammo, ayniqsa, yangi va qiziqarli ikki o'lchovli yarimo'tkazgichli material, masalan, o'tish metalli dihalidlari (TMD) uchun juda qiyin. Bu atomik ingichka materiallarning yuqori yorqinlikda samaradorligining sezilarli pasayishi ularni amaliy qo'llanmalarga to'sqinlik qiladi.
Keling, Kaliforniya universiteti, Berkli va Lourens Berkli milliy laboratoriyalari tadqiqotchilari ushbu LEDlar duch kelishga moyil bo'lgan samaradorlik to'siqlarini chetlab o'tishning juda oddiy usulini topgan bo'lishi mumkin.
Jamoa 1% dan kam bo'lgan mexanik shtammni TMD ga qo'llash materialning elektron tuzilishini o'zgartirishi mumkinligini isbotladi, hatto yuqori yorqinlik darajasida ham yorug'lik chiqarilishining deyarli 100% samaradorligiga erishish kifoya (ya'ni fotoluminesans kvant rentabelligi). . Tadqiqot guruhining fikricha, bu natija yangi avlod LED uskunalarini yorqinligi oshishi natijasida samaradorlik eroziyasini oldini olishga imkon beradi.
Barcha organik va ba'zi noorganik LEDlarda yuqori nashrida samaradorlikning pasayishi eksiton-eksitonni yo'q qilish (EEA) deb ataladigan hodisaga asoslanadi.
Elektr toki yoki lazer nurlari kabi energiya manbai yarimo'tkazgichni qo'zg'atganda, u yarim o'tkazgichning valentlik bandidan manfiy zaryadlangan elektronlarni o'tkazuvchanlik tasmasiga o'tkazib, musbat zaryadlangan elektron teshiklarini qoldiradi.
To'g'ri xususiyatlarga ega bo'lgan yarimo'tkazgichlarda elektron-teshik juftlari hali ham eksiton deb ataladigan neytral kvazik zarrachalar shaklida mavjud. Keyingi elektronlar va eksitonlardagi teshiklarning radiatsion rekombinatsiyasi fotonlarning chiqarilishiga olib keladi va shu bilan LEDdan ko'rinadigan yorug'lik chiqaradi.
Kam eksiton zichligida deyarli barcha eksitonlarda radiatsiya rekombinatsiyasi uchun etarli joy mavjud va TMD LEDining kvant rentabelligi 100%ga yaqin. Biroq, LEDning yorqinligi oshgani sayin va eksitonlar zichligi oshgani sayin, eksitonlar to'qnashib, bir-birlarini o'chira boshlaydilar, natijada radiatsion bo'lmagan susayish yoki EEA issiqlik shaklida tarqaladi. Natija: Yorqinligi oshgani sayin, bu ultra-yupqa materialning fotoluminesans samaradorligi pasayadi.
Radiatsiyasiz EEA soni ko'p jihatdan yarimo'tkazgichli energiya tarmoqli tuzilishi tafsilotlariga bog'liq. Berkli tadqiqot guruhi, ayniqsa TMD yarimo'tkazgichlari uchun, EEA sonini van Hove singularity bilan kuchaytirganini aniqladi.
Van Xovning o'ziga xosligi - bu yarimo'tkazgichning energiya tuzilishidagi ozgina buzilishdir, bu esa o'sha paytdagi holatlarning zichligini (mumkin bo'lgan energiya holatlari sonini) oshiradi.
Yuqori eksiton zichligi ostida EEA muammosini hal qilish uchun Berkli tadqiqotchilari TMD materiallarining energiya diapazoni tuzilishini sozlash usullarini o'rganishdi. Ular shuni aniqladilarki, bitta eksenli zo'riqish qo'llanilsa, material biroz cho'zilib ketadi.
O'z tajribalarida jamoa bir nechta qatlamli WD2, shu jumladan WS2, WSe2 va MoS2 ni o'rnatdi. Moslashuvchan plastik substratda olti burchakli bor nitrid qatlami (darvoza izolyatori sifatida) va grafen qatlami (darvoza sifatida) qo'shilgan. elektrod). So'ngra, tadqiqotchilar qurilmaga kuchlanish tarafkashligini qo'lladilar, eksitonlar hosil qilish uchun materialni lazer nurlari bilan qo'zg'atdilar va lazer intensivligi (va eksiton zichligi) ortishi bilan materialning fotoluminesans kvant rentabelligini o'lchadilar.
Jamoa shuni aniqladiki, kutilmagan TMD uchun eksiton zichligi oshishi bilan kvant rentabelligi pasayadi. Shu bilan birga, egiluvchan substratni bir oz egib, TMD ga 0,2% kuchlanish kuchini qo'llash rulon miqdorining sezilarli kamayishiga olib keladi. Qachonki kuchlanish 0,4% bo'lsa, yuqori nashrida samarali samaradorlik pasayishi kuzatilmaydi va material eksiton zichligidan qat'i nazar, fotoluminesans kvant rentabelligini qariyb 100% saqlay oladi.
Jamoaning tahlili shuni ko'rsatadiki, kuchlanishning kvant hosiliga ta'siri" egar nuqtalari" yarimo'tkazgichli energiya tasmasi tuzilishida-uning energetik landshaftida tog 'kanaliga o'xshash. Qo'llanilmagan materiallarda, egar nuqtasi, ya'ni Van Xovning o'ziga xosligi mintaqasi, eksiton ishlab chiqaruvchi eksitonni yo'q qilish energiyasi yaqinida joylashgan va shu bilan eksitonni yo'q qilish darajasini oshiradi. Materialni ozgina egish, tasma tuzilishini o'zgartirishi va egar nuqtasini to'liq siljitishi mumkin, shunda van Xovening o'ziga xosligi eksitonni yo'q qilishga yordam bermaydi. Bu, o'z navbatida, ko'proq eksiton nurlanish rekombinatsiyasiga imkon beradi va fotoluminesansning kvant rentabelligini oshiradi.
Garchi jamoaning tajribalarining ko'pchiligi har xil ikki o'lchovli materiallarni mexanik tozalash bilan bog'liq bo'lsa-da, tadqiqotchilar katta maydonli (santimetrli) WS2 varaqlarining kvant rentabelligiga stressning foydali ta'sirini isbotlashlari mumkin. Kengaytirilgan kimyoviy bug'larni yotqizish jarayoni bilan o'stiriladi. Tadqiqotchilarning fikricha, bu qo'shimcha kashfiyot yuqori yorqinlikdagi samaradorlikning pasayishi ta'sir qilmaydigan LEDlarning yangi avlodining istiqbolini ko'rsatadi.
