(Phys.org)-Ljusemitterande dioder vid infraröda våglängder är magin bakom sådant som nattseende och optisk kommunikation, inklusive strömningsdata som kommer via Netflix. Cornell -forskare har avancerat processen för att göra sådana lysdioder billigare och lättare att tillverka, vilket kan leda till ultratunna lysdioder målade på kisel för att ersätta datorkablar med ljusvågor.
Forskargruppen som leds av Frank Wise, professor i tillämpad och teknisk fysik, rapporterade online den 6 maj i tidningen Naturnanoteknik att de har använt lösningskemi för att göra infraröda lysdioder av nanokristaller, allmänt känd som kvantprickar, av blysulfid.
Deras process, vilket innebär att man ställer in utsända våglängder baserat på kontroll av storleken på nanokristaller, kan konkurrera med de effektiva, men dyrt, öva på att odla halvledarmaterial med hjälp av atom-för-atom-processen som kallas epitaxy. Cornell nanokristall -lysdioderna är ungefär lika ljusa som epitaxiellt odlade lysdioder, men de gjordes med låg temperatur, lösningsbaserad behandling som är mycket billigare.
Infraröda lysdioder är vanligtvis gjorda av kristaller av sådana material som indiumgalliumarsenid, och de kan inte odlas på kisel på grund av deras olika kristallstrukturer, Wise förklarade. Hittills har det inte funnits något naturligt sätt att göra ljusemitterande material på kisel.
Att få elektroner att flöda genom nanokristaller är en stor utmaning, Wise sa. Cornell -teamet gjorde det med någon smart kemi:De ändrade avståndet mellan nanokristallerna genom att ändra molekylerna på deras ytor. Längre kolkedjor gav större avstånd, vilket dramatiskt påverkade effektiviteten av ljusutsläpp. Att ändra avståndet mellan nanokristaller med en halv nanometer gjorde enheterna 100 gånger effektivare, Wise sa. Forskarna fann de optimala avstånden mellan nanokristaller för att få lysdioderna att avge det starkaste ljuset. De mätte dessa avstånd med röntgenspridningsteknik som tillhandahålls av Cornell High Energy Synchrotron Source (CHESS).
Eftersom de Cornell-utvecklade lysdioderna tillverkades genom lösningsbearbetning, de kan lättare integreras med andra material. De kan leda till genombrott som förmågan att "måla" lysdioderna på kisel, till exempel. En sådan applikation skulle hålla styr i optiska sammankopplingar, byta elektriska ledningar som nu är en flaskhals för hastigheten på det moderna datorkretsen. Kommunikation mellan chips med en ljusvåg, snarare än en tråd, förväntas revolutionera informationsbehandlingen.
De nanokristaller som forskarna använde har väckt intresse bland människor som gör solceller, för. En solcell absorberar ljus och avger elektroner som elektrisk ström, som kan leverera ström. Bly -sulfid och bly -selenid -nanokristaller är ledande kandidater för att ersätta kadmiumtellurid och andra material som finns i kommersiella solceller idag.
Tidningens medförfattare är Tobias Hanrath, biträdande professor i kemisk och biomolekylär teknik, och George Malliaras, tidigare docent i materialvetenskap och teknik vid Cornell; liksom tidigare postdoktor Liangfeng Sun; doktorander Joshua J. Choi, David Stachnik och Adam Bartnik (nu anställd vid Wilson Laboratory); och postdoktorer Byung-Ryool Hyun.
Arbetet stöddes av National Science Foundation, KAUST-Cornell Center for Energy and Sustainability, New York State Foundation for Science, Teknik och innovation och schack.
