В большинстве современных электронных устройств, от телевизоров с плоским экраном и смартфонов до носимых устройств и компьютерных мониторов, используются крошечные светоизлучающие диоды или светодиоды. Эти светодиоды основаны на полупроводниках, которые излучают свет при движении электронов. По мере того, как устройства становятся меньше и быстрее, растет спрос на такие полупроводники, которые меньше, прочнее и энергоэффективнее.
Ученые Вашингтонского университета создали самый тонкий из известных светодиодов, который можно использовать в качестве источника световой энергии в электронике. Светодиод основан на двумерных гибких полупроводниках, что позволяет использовать его в более мелких и разнообразных приложениях, чем позволяют современные технологии.
«Мы можем производить самые тонкие светодиоды, толщиной всего в три атома, но механически прочные. Такие тонкие и складные светодиоды имеют решающее значение для будущих портативных и интегрированных электронных устройств», - сказал Сяодун Сюй, доцент Университета Вашингтона в материаловедения и инженерии и в физике.
Сю вместе с Джейсоном Россом, аспирантом UW по материаловедению и инженерии, стали соавторами статьи об этой технологии, опубликованной 9 марта в журнале Nature Nanotechnology.
В большинстве бытовой электроники используются трехмерные светодиоды, но они в 10-20 раз толще светодиодов, разрабатываемых UW.
«Они в 10 000 раз меньше толщины человеческого волоса, но свет, который они излучают, можно увидеть с помощью стандартного измерительного оборудования», - сказал Росс.«Это огромный скачок в миниатюризации технологии, и, поскольку это полупроводник, вы можете делать с ним почти все, что возможно с существующими трехмерными кремниевыми технологиями», - сказал Росс..
Светодиод UW сделан из плоских листов молекулярного полупроводника, известного как диселенид вольфрама, члена группы двумерных материалов, которые недавно были идентифицированы как самые тонкие из известных полупроводников. Исследователи используют обычную клейкую ленту для извлечения одного листа этого материала из толстых многослойных кусков методом, вдохновленным Нобелевской премией по физике 2010 года, присужденной Манчестерскому университету за выделение чешуек углерода толщиной в один атом, называемых графеном, из кусок графита.
В дополнение к светоизлучающим приложениям, эта технология может открыть двери для использования света в качестве межсоединений для работы наноразмерных компьютерных чипов вместо стандартных устройств, которые работают за счет движения электронов или электричества. Последний процесс создает много тепла и тратит энергию впустую, тогда как передача света через чип для достижения той же цели была бы очень эффективной.
«Многообещающим решением является замена электрических межсоединений оптическими, которые сохранят высокую пропускную способность, но будут потреблять меньше энергии», - сказал Сюй. «Наша работа позволяет создавать высокоинтегрированные и энергоэффективные устройства в таких областях, как освещение, оптическая связь и нанолазеры».
Исследовательская группа работает над более эффективными способами создания этих тонких светодиодов и изучает, что происходит, когда двумерные материалы укладываются по-разному. Кроме того, было показано, что эти материалы реагируют с поляризованным светом по-новому, по сравнению с другими материалами, и исследователи также будут продолжать искать эти приложения.
Исследование финансируется Министерством энергетики США, Управлением по науке, Советом по исследовательским грантам Гонконга, Комитетом по грантам университетов Гонконга и Фондом Краучера. Росс получает стипендию для выпускников Национального научного фонда.