Ученые создали самый яркий наноразмерный светодиод

Новая конструкция светодиодов (LED), разработанная группой ученых из Национального института стандартов и технологий (NIST), может стать ключом к преодолению давних ограничений в эффективности источников света. Эта концепция, продемонстрированная с помощью микроскопических светодиодов в лаборатории, обеспечивает резкое увеличение яркости, а также способность создавать лазерный свет - все характеристики, которые могут сделать его ценным в широком диапазоне крупномасштабных и миниатюрных приложений.

«Это новая архитектура для производства светодиодов», - сказал Бабак Никобахт из NIST, придумавший новый дизайн. «Мы используем те же материалы, что и в обычных светодиодах. Наша разница заключается в их форме».

Светодиоды существуют уже несколько десятилетий, но все еще оставляют задел для будущих разработок, поскольку даже самые современные варианты имеют некоторые ограничения. До определенного момента подача на светодиод большего количества электроэнергии заставляет его светить более ярко, но вскоре яркость падает, что делает светодиод очень неэффективным. Эта проблема, названная «падением эффективности», препятствует использованию светодиодов в ряде многообещающих приложений, от коммуникационных технологий до уничтожения вирусов.

Исследователи изначально не ставили перед собой задачу решить эту проблему. Их главной целью было создание микроскопического светодиода для использования в очень небольших приложениях, таких как технология «лаборатория на кристалле».

Команда экспериментировала с совершенно новым дизайном светящейся части светодиода: в отличие от плоской планарной конструкции, используемой в обычных светодиодах, исследователи построили источник света из длинных тонких нитей оксида цинка, которые они называют плавниками. (Длинный и тонкий - это относительные термины: каждый плавник имеет длину всего около 5 микрометров, что составляет примерно десятую часть ширины среднего человеческого волоса.) Их ребристый массив выглядит как крошечный гребешок, который может простираться на участки размером до 1 сантиметр и более.

В ходе работ ученые увидели новую возможность использования удлиненной формы в плане увеличения пропускной способности. Увеличение тока показало, что новый дизайн ярко сиял в длинах волн, расположенных на границе фиолетового и ультрафиолетового, генерируя в 100-1000 раз больше энергии, чем обычные крошечные светодиоды. По словам ученых, этот  результат вполне можно трактовать как важное фундаментальное открытие.

Отмечается, что обычный светодиод площадью менее квадратного микрометра излучает мощность около 22 нановатт, тогда как новый может производить уже до 20 микроватт. Это означает, что конструкция может преодолеть падение эффективности светодиодов для создания более ярких источников света.

Более того, команда попутно сделала еще одно удивительное открытие.  Хотя сначала светодиод светил в диапазоне длин волн, его сравнительно широкое излучение со временем сузилось до двух длин волн интенсивного фиолетового цвета – то есть этот крошечный светодиод превратился в лазер.

Ученые поясняют, что обычно преобразование в лазер требует больших усилий. В данном же случае новая конструкция фактически делает все работу сама по себе. И хотя он не является самым маленьким лазером в мире, все же его мощность и простота удивительна и может иметь решающее значение для разных сфер производства.