211service.com
Nanotrådslysdioder
Forskare vid IBM Research i Yorktown Heights, NY, har demonstrerat ett nytt sätt att omvandla elektricitet till ljus i nanotrådsbaserade ljusemitterande enheter (LED). Nanotrådslysdioderna kan så småningom användas för telekommunikation och för snabbare kommunikation mellan enheter på mikrochips. Tillvägagångssättet kan också bana väg för en ny typ av ljusstarka, effektiva displayer.
Mikroskopisk LED: En tunn indium-nitrid nanotråd spänner över två elektroder. När en ström appliceras avger den infrarött ljus.
Forskarna byggde en lysdiod som liknar en transistor som består av en indium-nitrid nanotråd sträckt mellan två elektroder på toppen av ett kiselsubstrat. Nanotråden är cirka 100 nanometer bred och spänner över ett avstånd på mindre än 10 mikrometer. När forskarna lägger en ström på nanotråden avger den ljus. Medan nanotrådar som avger ljus har gjorts tidigare, förlitar sig de nya enheterna på olika fysiska mekanismer som är enklare; som ett resultat kan nanotråds-LED vara mer effektiv och ha förbättrad prestanda. Dessutom lyckas enheten avge infrarött ljus, vilket har varit särskilt svårt för nanotrådar att göra, säger Phaedon Avouris , en av IBM-forskarna.
Vanligtvis produceras ljus i lysdioder genom att injicera både elektroner och deras positiva motsvarigheter, hål, i ett aktivt material, där de kombineras och avger ljus. Med de nya enheterna behöver forskarna bara injicera elektroner; dessa orsakar att elektroner och hål bildas lokalt, inuti nanotrådarna. Mekanismen kan vara effektivare eftersom en enda elektron kan användas för att generera mer än ett elektron-hålpar. Dessutom har forskarna visat att nanotrådarna kan producera mer intensiv ljusemission än andra lysdioder.
Nanotrådarnas ringa storlek och kompatibilitet med kisel gör dem attraktiva för integration på chips, säger Eugene Fitzgerald , professor i materialvetenskap och teknik vid MIT. Nanotrådarna avger också infrarött ljus, vilket gör dem idealiska för fiberoptisk telekommunikation och för optisk kommunikation mellan enheter på mikrochips som kan hjälpa till att dramatiskt snabba upp datorer.
Nanotrådslysdioderna utökar utbudet av färger som kan avges från nitridbaserade material, säger Fitzgerald. Nitridmaterial är grunden för de blå lasrarna i högupplösta DVD-spelare, säger han, och de har också varit användbara för att sända ut grönt ljus. Om nanotrådarna kan ställas in för att avge rött ljus, vilket verkar troligt, kan röda, gröna och blå lysdioder alla skapas med variationer av samma material, vilket gör det praktiskt att tillverka dem alla på samma substrat. Så småningom kan det vara möjligt att arrangera sådana lysdioder i pixlarna på fullfärgsskärmar som är ljusare, effektivare och snyggare än dagens platta LCD-skärmar, säger Fitzgerald.
Ledningarna avgav inte bara infrarött ljus, utan de visade också en märklig förmåga att avge mer intensivt ljus när temperaturen steg; vid höga temperaturer dämpas eller stoppas ljusemissionen vanligtvis. Detta kan leda till lysdioder som tål höga temperaturer, en egenskap som kan vara användbar för vissa militära tillämpningar, säger Avouris.
De nya fysiska mekanismerna som ligger till grund för indium-nitrid nanotrådarnas förmåga att avge ljus kan ha bredare konsekvenser för nanotrådsforskning. Om mekanismen som används här fungerar i andra material kan den utöka antalet material som kan användas för att skapa lysdioder, säger Fitzgerald. Det kan göra lysdioder billigare och ge forskare mycket större mångsidighet när det gäller att skapa enheter med förbättrad prestanda.