En internationell grupp forskare har utvecklat en ny teknik som kan användas för att göra mer effektiva och billiga ljusavgivande material som är flexibla och kan skrivas ut med bläckstråleteknik.

Forskarna, ledd av University of Cambridge och Technical University of München, fann att genom att byta ut en av var tusen atomer av ett material mot ett annat, de kunde tredubbla luminescensen av en ny materialklass av ljusavsändare som kallas halogenidperovskiter.

Detta "atombyte", eller dopning, gör att laddningsbärarna fastnar i en specifik del av materialets kristallstruktur, där de rekombinerar och avger ljus. Resultaten, redovisas i Journal of the American Chemical Society , kan vara användbart för låg kostnad utskrivbar och flexibel LED-belysning, skärmar för smartphones eller billiga lasrar.

Många vardagliga applikationer använder nu ljusemitterande enheter (LED), såsom hushålls- och kommersiell belysning, TV-skärmar, smartphones och bärbara datorer. Den största fördelen med lysdioder är att de förbrukar mycket mindre energi än äldre tekniker.

I sista hand, också hela vår världsomspännande kommunikation via internet drivs av optiska signaler från mycket starka ljuskällor som inom optiska fibrer bär information med ljusets hastighet över hela världen.

Teamet studerade en ny klass av halvledare som kallas halidperovskiter i form av nanokristaller som bara mäter ungefär en tiotusendel av tjockleken på ett människohår. Dessa "kvantprickar" är mycket självlysande material:de första höglysande QLED-TV:erna med kvantprickar kom nyligen ut på marknaden.

Cambridgeforskarna, arbetar med Daniel Congreves grupp vid Harvard, som är experter på tillverkning av kvantprickar, har nu avsevärt förbättrat ljusemissionen från dessa nanokristaller. De ersatte en av var tusen atomer med en annan – och bytte bly mot manganjoner – och fann att luminescensen hos kvantprickarna tredubblades.

En detaljerad undersökning med laserspektroskopi avslöjade ursprunget till denna observation. "Vi upptäckte att laddningarna samlas i regionerna av kristallerna som vi dopat, sa Sascha Feldmann från Cambridges Cavendish Laboratory, studiens första författare. "När den har lokaliserats, dessa energiladdningar kan möta varandra och rekombineras för att avge ljus på ett mycket effektivt sätt."

"Vi hoppas denna fascinerande upptäckt:att även de minsta förändringar i den kemiska sammansättningen avsevärt kan förbättra materialegenskaperna, kommer att bana väg för billiga och ultraljusa LED-skärmar och lasrar inom en snar framtid, " sa seniorförfattaren Felix Deschler, som är gemensamt ansluten till Cavendish och Walter Schottky Institute vid Tekniska universitetet i München.

I framtiden hoppas forskarna kunna identifiera ännu mer effektiva dopämnen som kommer att hjälpa till att göra dessa avancerade ljusteknologier tillgängliga för alla delar av världen.