科学家开发出新型纳米级LED:亮度比传统LED增加1000倍,还能变身为微型激光器

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由美国国家标准与技能研讨所(NIST)的科学家组成的团队开发的一种新式发光二极管(LED)或许是战胜长期以来光源功率约束的要害。这一概念在试验室用微型LED进行了演示,完结了亮度的大幅进步以及发生激光的才能——所有这些特性都使其在大规划和小型化运用中具有极高的价值。 

该团队还包含来自马里兰大学、伦斯勒理工学院和IBM托马斯·J·沃森研讨中心的科学家,他们的研讨宣布在同行评议期刊《科学发展》上,论文中具体介绍了他们的作业。他们的设备显现亮度比传统的亚微米巨细的LED规划添加了100到1000倍。

“这是制作LED的新架构。”NIST的Babak Nikoobakht说,他构思了这个新规划。“咱们运用与传统LED相同的资料。咱们的不同之处在于它们的形状。”

LED灯现已存在了几十年,但亮堂的LED的研制赢得了诺贝尔奖,并敞开了照明的新时代。但是,即使是现代的LED也有它的局限性,这让它们的规划者感到懊丧。在必定程度上,添加LED的电量会使其发光愈加亮堂,但很快亮度就会下降,使得LED的功率十分低。这个被业界称为“功率下降”的问题阻止了LED在从通讯技能到杀毒等许多有远景的运用范畴的运用。  

尽管研讨人员的新式LED规划战胜了功率下降的问题,但研讨人员开端并不是奔着处理这个问题去的。他们的首要方针是发明一种微型LED,用于十分小的运用,比方NIST和其他地方的科学家正在寻求的芯片上试验室技能。

研讨小组对发光的LED部分进行了全新规划的试验:与传统LED中运用的平面规划不同,研讨人员用又长又薄的氧化锌线制作了一种光源,他们称之为鳍。(“长”和“瘦”是相对而言的:每个鳍只要大约5微米长,大约是人类均匀头发宽度的十分之一。)它们的鳍阵列看起来像一个小梳子,能够延伸到1厘米或更多的区域。

“咱们在鱼鳍上看到了商机,由于我以为它们细长的形状和较大的旁边面或许能够接收到更多的电流。”Nikoobakht说,“一开端,咱们仅仅想衡量一下新规划能接受多大的压力。咱们开端添加电流,想把它烧完,但它却越来越亮。”

研讨人员的新规划能宣布横跨紫色和紫外光鸿沟的亮堂波长,发生的能量是典型的小型LED的100到1000倍。Nikoobakht把这个成果描绘为一个重要的基础性发现。

他说:“一个典型的面积小于1平方微米的LED发光功率约为22纳瓦,但这种LED能发生高达20微瓦的功率。”“这表明,这种规划能够战胜led的功率下降,使光源变得更亮。”

“这是我见过的最有用的处理方案之一。”没有参加该项意图南卡罗来纳大学电子工程教授格里戈里·西敏(Grigory Simin)说。该安排多年来一向致力于进步LED的功率,而其他办法在运用于亚微米波长LED时往往会遇到技能问题。这种办法很有用。”

在添加电流的一起,研讨小组还发现了另一个惊人的发现。尽管LED起先在一个波长范围内发光,但它相对较宽的发射终究缩小到两个波长的激烈紫色。简略来说:他们的微型LED变成了微型激光器。

“将LED转换成激光需求很大的尽力。它一般需求将LED与谐振腔耦合,使光在谐振腔周围反射,然后发生激光。看来鳍的规划能够自己完结整个作业,而不需求添加另一个空腔。”

一个微型激光器关于芯片规划的运用来说,不仅在化学传感范畴,并且鄙人一代手持通讯产品、高清显现器和消毒方面至关重要。

 “它有很大潜力成为一个重要的组成部分。” Nikoobakht说,“尽管这不是人们制作的最小的激光,但它十分亮堂。假如功率没有下降,它就会有用。”

编译/前瞻经济学人APP资讯组

原文来历:

https://phys.org/news/2020-08-bright-tiny-scientists-nanoscale.html

https://advances.sciencemag.org/content/6/33/eaba4346




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