Den mörkaste formen av ultraviolett ljus, känd som UV-C, är unik på grund av sitt rykte som en mördare – av skadliga organismer.

Med våglängder på mellan 200 och 280 nanometer, denna speciella form av UV-ljus tränger igenom virusmembranen, bakterie, mögel och dammkvalster, attackera deras DNA och döda dem. Sanering med UV-C-ljus har funnits i mer än 100 år, efter Niels Finsens upptäckt av UV-ljus som ett motgift mot tuberkulos, som vann den färöisk-danske läkaren 1903 års Nobelpris i medicin.

För närvarande, de flesta djup-UV-lampor är kvicksilverbaserade. De utgör ett hot mot miljön, och är skrymmande och ineffektiva. En Cornell forskargrupp ledd av Huili (Grace) Xing och Debdeep Jena, tillsammans med medarbetare från University of Notre Dame, har rapporterat framsteg med att skapa en mindre, mer jordnära alternativ.

Använda atomärt kontrollerade tunna monolager av galliumnitrid (GaN) och aluminiumnitrid (AlN) som aktiva regioner, gruppen har visat förmågan att producera djup UV-strålning med en ljusemitterande diod (LED) mellan 232 och 270 nanometer våglängder. Deras emission på 232 nanometer representerar den kortaste registrerade våglängden med GaN som ljusemitterande material. Det tidigare rekordet var 239 nanometer, av en grupp i Japan.

"MBE-grown 232-270 nm deep-UV LEDs using monolayer thin binary GaN/AlN quantum heterostructures" publicerades online 27 januari i Bokstäver i tillämpad fysik .

Postdoktor SM (Moudud) Islam, huvudförfattaren, sa:"UV-C-ljus är mycket attraktivt eftersom det kan förstöra DNA från arter som orsakar infektionssjukdomar, som orsakar förorening av vatten och luft."

En av de stora utmaningarna med ultravioletta lysdioder är effektivitet, som mäts i tre områden:injektionseffektivitet – andelen elektroner som passerar genom enheten och som injiceras i det aktiva området; intern kvanteffektivitet (IQE) – andelen av alla elektroner i den aktiva regionen som producerar fotoner eller UV-ljus; och ljusextraktionseffektivitet – andelen fotoner som genereras i den aktiva regionen som kan extraheras från enheten och som faktiskt är användbara.

"Om du har 50 procent effektivitet i alla tre komponenterna ... multiplicera alla dessa och du får en åttondel, " Islam sa. "Du är redan nere på 12 procent effektivitet."

I djup-UV-området, alla tre effektivitetsfaktorerna lider, men denna grupp fann att genom att använda galliumnitrid istället för konventionell aluminium galliumnitrid, både IQE och ljusutsugningseffektiviteten förbättras.

Injektionseffektiviteten förbättras genom användningen av ett polarisationsinducerat dopningsschema för både de negativa (elektron) och positiva (hål) bärarområdena, en teknik som gruppen utforskade i tidigare arbete.

Nu när gruppen har bevisat sitt koncept med förbättrad djup-UV LED-effektivitet, nästa uppgift är att förpacka den i en enhet som en dag kan komma ut på marknaden. Djup-UV-lysdioder används för konservering av livsmedel och upptäckt av förfalskade valuta, bland annat.

Ytterligare studier kommer att omfatta förpackning av både den nya tekniken och befintliga teknologier i annars liknande enheter, i jämförelsesyfte.

"När det gäller att kvantifiera effektiviteten, vi vill paketera det inom de närmaste månaderna och testa det som om det vore en produkt, och försök att jämföra det med en produkt med en av de tillgängliga teknologierna, sa Jena.