National University of Singapore forskare har utvecklat energieffektiva ultratunna lysdioder (LED) för nästa generations kommunikationsteknik.

Ljuskällor som på ett tillförlitligt sätt omvandlar elektriska till optiska signaler är av grundläggande betydelse för informationsteknik. Energieffektiva och höghastighets -lysdioder som kan integreras på ett mikrochip och överföra information är en av nyckelelementen för att möjliggöra hög volym datakommunikation. Tvådimensionella (2-D) halvledare, som är grafenliknande atomiskt tunna material, har nyligen väckt stort intresse på grund av deras inneboende storlek (endast några få atomer tjocka), väldefinierade ljusemissionsegenskaper, och utsikterna för integration på chip. Medan flera forskargrupper världen över har lyckats tillverka LED -lampor baserat på dessa material de senaste åren, att inse effektiva ljusutsläpp har varit en viktig utmaning.

Ett forskargrupp som leds av prof Goki EDA från avdelningarna för fysik och kemi, NUS har lyckats utveckla mycket energieffektiva ultratunna lysdioder som endast består av några få lager atomer. En effektiv LED -enhet omvandlar det mesta av sin eleffekt till ljusemission (dvs. med minimala förluster på grund av omvandling till andra energiformer som värme). Tidigare studier på lysdioder baserade på 2-D halvledare rapporterade att en stor mängd elektrisk ström behövs för att utlösa ljusemission. Detta innebär att en betydande bråkdel av den inmatade elektriska energin försvinner som värme istället för att generera ljus. Teamet upptäckte att denna energiförlust kan minskas avsevärt genom att förhindra läckage av elektrisk ström från det utsändande skiktet till metallelektroderna. Forskarna visade att ett isolerande lager på några nanometer avsevärt kan undertrycka förlusten av elektrisk ingång utan att införa överdrivet elektriskt motstånd. Raka motsatsen, genom att optimera tjockleken på de isolerande skikten, laget minskade den elektriska ström som behövs för att utlösa ljusemission med mer än 10, 000 gånger jämfört med de toppmoderna lysdioderna baserade på 2-D halvledare.

Prof Eda sa:"Våra enheter kan fungera med extremt låg elektrisk ström eftersom enhetsdesignen säkerställer att det blir minimal slöseri med elektrisk ström."

"Genom att optimera materialkvaliteten tillsammans med enhetsdesign och tillverkningsmetoder, det blir möjligt att ha effektiva ljusemissioner med exakt kontroll på nanoskala. Detta kommer potentiellt att få betydande inverkan på utvecklingen av framtida informationsteknik, "tillade prof Eda.

Teamet undersöker för närvarande ursprunget till energiförlustprocesser i detalj för att ytterligare förbättra deras enheters effektivitet.