Det finns många saker som kvantprickar kan göra, men det mest uppenbara stället där de kan förändra våra liv är att göra färgerna på våra TV-apparater och skärmar mer orörda. Forskning som använder den kanadensiska ljuskällan (CLS) vid University of Saskatchewan hjälper till att föra denna teknik närmare våra vardagsrum.

Kvantprickar är nanokristaller som lyser, en egenskap som forskare har arbetat med för att utveckla nästa generations lysdioder. När en kvantprick lyser, det skapar mycket rent ljus i en exakt våglängd av rött, blå eller grön. Konventionella lysdioder, finns på våra TV-skärmar idag, producera vitt ljus som filtreras för att uppnå önskade färger, en process som leder till mindre ljusa och lerigare färger.

Tills nu, blåglödande kvantprickar, som är avgörande för att skapa ett komplett färgspektrum, har visat sig vara särskilt utmanande för forskare att utveckla. Dock, University of Toronto (U of T) forskare Dr. Yitong Dong och medarbetare har gjort ett stort steg i blå kvantpunktsfluorescens, resultat som de nyligen publicerade i Naturens nanoteknik .

"Tanken är att om du har en blå LED, du har allt. Vi kan alltid nedkonvertera ljuset från blått till grönt och rött, " säger Dong. "Låt oss säga att du har grönt, då kan du inte använda detta lågenergiljus för att göra blått."

Teamets genombrott har lett till kvantprickar som producerar grönt ljus vid en extern kvanteffektivitet (EQE) på 22 % och blå vid 12,3 %. Den teoretiska maximala effektiviteten är inte långt borta på 25 %, och detta är den första blå perovskite-LED som rapporterats ha en EQE högre än 10 %.

Vetenskapen

Dong har arbetat inom området kvantprickar i två år i Dr Edward Sargents forskargrupp vid U of T. Denna häpnadsväckande ökning av effektivitet tog tid, ett ovanligt produktionssätt, och övervinna flera vetenskapliga hinder att uppnå.

CLS-tekniker, speciellt GIWAXS på HXMA strållinjen, tillät forskarna att verifiera strukturerna som uppnåddes i deras kvantprickfilmer. Detta validerade deras resultat och hjälpte till att klargöra vad de strukturella förändringarna uppnår när det gäller LED-prestanda.

"CLS var till stor hjälp. GIWAXS är en fascinerande teknik, säger Dong.

Den första utmaningen var enhetlighet, viktigt för att säkerställa en klar blå färg och för att förhindra att lysdioden rör sig mot att producera grönt ljus.

"Vi använde en speciell syntetisk metod för att uppnå en mycket enhetlig montering, så varje enskild partikel har samma storlek och form. Den övergripande filmen är nästan perfekt och upprätthåller de blå emissionsförhållandena hela vägen, säger Dong.

Nästa, teamet behövde ta itu med den laddningsinjektion som behövdes för att excitera prickarna till luminescens. Eftersom kristallerna inte är särskilt stabila, de behöver stabiliserande molekyler för att fungera som byggnadsställningar och stödja dem. Dessa är vanligtvis långa molekylkedjor, med upp till 18 kol-icke-ledande molekyler på ytan, vilket gör det svårt att få energi att producera ljus.

"Vi använde en speciell ytstruktur för att stabilisera kvantpricken. Jämfört med filmer gjorda med långkedjiga molekyler som täcks av kvantprickar, vår film har 100 gånger högre konduktivitet, ibland till och med 1000 gånger högre."

Denna anmärkningsvärda prestanda är ett viktigt riktmärke för att få ut dessa nanokristall-LED-lampor på marknaden. Dock, stabilitet är fortfarande ett problem och quantum dot LED lider av korta livslängder. Dong är exalterad över potentialen för fältet och tillägger, "Jag gillar fotoner, det här är intressanta material, och, väl, dessa glödande kristaller är bara vackra."