Ученые Школы инженерных наук Гонконгского университета науки и технологий создали самые яркие и энергоэффективные светодиоды в мире на основе квантовых стержней — крошечных вытянутых полупроводниковых частиц, которые сияют разными цветами под воздействием электрического тока или света.
Новые китайские светодиоды отличаются тем, что вместо полупроводникового прибора в них находятся квантовые стержни из наночастиц. Они окружены специальными транспортными слоями, которые подают ток точно в них. Сами стержни тоже состоят из слоев: ядра и оболочки. Обычно на границах между ними часть электронов «застревает» — из-за этого эффективность светодиода снижается. Чтобы решить проблему, ученые изменили внутреннюю структуру стержней, «растушевав» границу между оболочкой и ядром. Для этого между слоями поместили еще один — градиентный, который объединяет оба материала.
На поверхности каждого квантового стержня есть «волоски» — молекулы, которые не позволяют им слипаться и помогают проводить к ним ток, создавая «мостики» для зарядов. При этом те же молекулы мешают электронам «продираться» сквозь их густую структуру. Из-за этого светодиоды работают менее эффективно и быстрее изнашиваются. Специалисты уменьшили длину молекул и самих стержней, чтобы плотнее их уложить и облегчить маршрут электронов. Так на меньшей площади получилось расположить больше стержней — и яркость светодиода выросла. Также светодиодам добавили новый слой — для улучшения переноса положительных зарядов (дырок).
В результате светодиоды стали втрое ярче, на 24% эффективнее и на 22 тысячи часов долговечнее. Новая конструкция позволила достичь яркого, глубокого зеленого излучения в диапазоне 515–525 нанометров. Технология проходит лабораторные испытания.
