به گزارش خبرگزاری علم و فناوری از اردبیل و به نقل از فیز؛ یک طراحی جدید برای دیودهای ساطع کننده نور (LED) که توسط تیمی از جمله دانشمندان موسسه ملی استاندارد و فناوری (NIST) تهیه شده است، می تواند کلید غلبه بر محدودیت طولانی مدت در بهره وری منابع نور باشد.

این طرح که با استفاده از LED های میکروسکوپی در آزمایشگاه نشان داده شده است، به افزایش چشمگیر درخشندگی و همچنین در ایجاد نور لیزر منجر می شود - تمام خصوصیاتی که می توانند آنرا در طیف وسیعی از برنامه های بزرگ و کوچک اندازه گیری کنند.

این تیم که شامل دانشمندان دانشگاه مریلند، انستیتوی پلی تکنیک رنسلائر و مرکز تحقیقات IBM توماس جی واتسون نیز می باشد، کار خود را در مقاله ای که امروز در ژورنال Science Advances منتشر شده است، شرح داده است. دستگاه آنها از 100 تا 1000 برابر افزایش درخشندگی نسبت به طرح های LED معمولی ریز و درشت با اندازه کوچک نشان می دهد.

بابک نیکوبخت، که طرح جدید را طراحی کرده است، گفت: این یک معماری جدید برای ساخت LED است. ما از همان مواد LED های معمولی استفاده می کنیم. تفاوت در نوع ما شکل آنهاست.

LED ها برای ده ها سال وجود داشته اند، اما توسعه LED های روشن جایزه نوبل را به دست آورد و دوره جدیدی از روشنایی به وجود آمد. با این حال، حتی ال ای دی های مدرن نیز محدودیتی دارند که طراحان آنها را ناامید می کند.

تا حدی، تغذیه یک چراغ برق بیشتر LED باعث می شود که درخشش بیشتری پیدا کند، اما به زودی میزان روشنایی از بین می رود و باعث می شود LED بسیار ناکارآمد باشد. این موضوع با نام "افت کارایی" توسط این صنعت، در نحوه استفاده از LED ها در تعدادی از برنامه ها از فناوری ارتباطات گرفته تا کشتن ویروس ها امیدوار کننده است.

در حالی که طراحی جدید LED آنها بر افت کارایی غلبه کرده است، محققان در ابتدا برای حل این مشکل اقدام نکردند. هدف اصلی آنها ایجاد یک LED میکروسکوپی برای استفاده در کاربردهای بسیار کوچک مانند فناوری آزمایشگاهی بر روی تراشه است که دانشمندان NIST و جاهای دیگر در حال پیگیری آن هستند.

این تیم با طراحی کاملاً جدیدی برای بخشی از LED که درخشش دارد آزمایش کرده است: برخلاف طراحی مسطح بکار رفته در LED معمولی، محققان منبع نوری را از رشته های اکسید روی نازک و طولانی ساخته اند که به آنها باله می گویند. (بلند و نازک از نظر نسبی هستند: هر باله فقط حدود 5 میکرومتر طول دارد و حدود یک دهم از طول آن به طور متوسط ​​از موی انسان کشیده شده است.) آرایه باله آنها به نظر می رسد مانند یک شانه کوچک است که می تواند تا مناطقی به اندازه 1 سانتی متر یا بیشتر گسترش یابد.

نیکوبخت گفت: ما فرصتی را در باله ها دیدیم، زیرا فکر می کردیم شکل طولانی و جنبه های جانبی بزرگ آنها می توانند جریان الکتریکی بیشتری را دریافت کنند. در ابتدا فقط می خواستیم اندازه گیری کنیم که طراحی جدید چقدر می تواند کار کند. ما شروع به افزایش جریان کرده ایم و می دانیم که می خواهیم آن را بیرون بریزیم تا بسوزد، اما فقط روشن تر شد.

طراحی جدید آنها در طول موج های درخشانی بین مرزهای بنفش و ماوراء بنفش درخشان بود و حدود 100 تا 1000 برابر بیشتر از LED های معمولی ریز تولید می کند. نیکوبخت نتیجه را یک کشف اساسی مهم توصیف می کند.

وی ادامه داد: یک LED معمولی کمتر از یک میکرومتر مربع در منطقه با حدود 22 نانووات برق تولید می کند، اما این می تواند تا 20 میکرووات تولید کند. این نشان می دهد که این طرح می تواند بر افت راندمان LED ها برای ایجاد منابع نوری روشن تر غلبه کند.

گریگوری سیمین، استاد مهندسی برق در دانشگاه کارولینای جنوبی که درگیر این پروژه نبود، گفت: این یکی از کارآمدترین راه حلهایی است که من دیده ام. جامعه سالهاست که در تلاش است تا کارآیی LED را بهبود ببخشد، و رویکردهای دیگر هنگام استفاده از LED های طول موج زیر قطعه مشکلات فنی دارند. این رویکرد کار را به خوبی انجام می دهد.

این تیم با افزایش جریان، کشف غافلگیرکننده دیگری کردند. در حالی که در ابتدا LED در طیف وسیعی از طول موج می درخشید، انتشار نسبتاً گسترده آن در نهایت به دو طول موج از رنگ بنفش شدید کاهش می یابد. این توضیحات واضح و روشن شد: LED کوچک آنها به یک لیزر کوچک تبدیل شده بود.

نیکوبخت افزود: تبدیل یک LED به لیزر نیاز به تلاش زیادی دارد. این امر معمولاً نیاز به اتصال یک LED به یک حفره تشدید دارد که اجازه می دهد تا نور لیزر به دور خود حرکت کند. به نظر می رسد که طراحی باله می تواند کل کار را به تنهایی انجام دهد، بدون اینکه نیازی به افزودن حفره دیگری باشد.

یک لیزر کوچک برای کاربردهای مقیاس تراشه نه تنها برای سنجش شیمیایی، بلکه در محصولات ارتباطی دستی بعدی، نمایشگرهای با کیفیت بالا و ضد عفونی نیز بسیار مهم است.

نیکوبخت گفت : این یک پتانسیل مهم برای ایجاد یک بلوک ساختمانی مهم است. در حالی که این کوچکترین لیزری نیست که مردم ساخته اند، این یک نوع بسیار روشن است. عدم وجود افت کارایی می تواند این کار را مفید کند.

انتهای پیام/