Вчені з Університету в Юті (University of Utah) винайшли новий «спінтронних» органічний світловипромінювальних діод (OLED), який обіцяє стати яскравіше, дешевше і екологічніше в порівнянні з іншими видами світлодіодів, активно застосовуються зараз при виробництві сучасних телевізорів, комп'ютерних моніторів, освітлювальних приладів , світлофорів та багатьох інших електронних пристроїв.
Спін-поляризований органічний світловипромінювальних діод
Фізики з Юти створили прототип нового типу LED - по-науковому називається «спін-поляризованим органічним светоизлучающим діодом», або спіновий світлодіод (spin-OLED) - який виробляє випромінювання оранжевого кольору. Доктор варденів вважає, що через пару років за допомогою нової технології можна буде випускати діоди червоного і синього кольору, а також, можливо, і білі спінові світлодіоди.
Помаранчевий світло, що випромінюється органічним светодиодом нового типу
Втім, повинно пройти не менше п'яти років, перш ніж нові світлодіоди потраплять на масовий ринок, оскільки зараз вони здатні працювати тільки при температурах не вище мінус двох градусів за Цельсієм, а отже їх треба буде серйозно поліпшити, щоб нові світлодіоди могли функціонувати при кімнатній температурі, додає варденів.
Професор Валі варденів винайшов новий тип LED у співпраці з Те Нгуєном (Tho D. Nguyen), старшим викладачем фізики, і Ітаном Еренфроендом (Eitan Ehrenfreund), фізиком з Ізраїльського Технологічного Інституту в Хайфі.
Дослідження спонсорувалося Національним Науковим Фондом США (NSF), Департаментом Енергетики США, Ізраїльським Науковим Фондом і Спільним Американо-ізраїльським Науковим Фондом. Наукова робота є частиною ініціативи Центру інженерних наук і нових матеріалів Університету Юти, який отримує фінансування від NSF і Дослідницького науково-технологічного фонду штату Юти.
Еволюція технологій LED і OLED
Що стосується нового типу органічних світлодіодів, створеного фізиками з Юти, він також заснований на органічних напівпровідниках, однак не є просто електронним пристроєм, який зберігає деякі дані, закодовані зарядами електронів. Це саме «спінтронних» пристрій, в якому спини електронів служать в якості носіїв інформації.
Органічні спінові затвори складаються з трьох шарів: органічного шару, що діє як напівпровідник і розташованого між двох інших верств - металевих електродів-ферромагнетиков. У новому спиновом светодиоде, один з ферромагнетіческіх металевих електродів виготовлений з кобальту, а інший - з хімічно складною субстанції, яка називається лантан-стронцієвої окисом магнію (lanthanum strontium manganese oxide). Органічний шар в новому OLED отриманий з полімеру з незвичайним найменуванням «дейтерированного DOO-PPV», який і є напівпровідником, що випромінюють оранжеве світло.
Ширина світлодіода, також як і його довжина, становить 300 мікрометрів (що дорівнює сумарній ширині від трьох до шести людського волосся), а висота - близько 40 нанометрів (тобто приблизно в тисячу разів тонше волосся людини).
Під впливом малого напруги негативно заряджені електрони і позитивно заряджені «електронні дірки» проходять через органічний напівпровідник. Якщо до електронів застосовується магнітне поле, спини електронів і електронних дірок в напівпровіднику можна вирівнювати паралельно або ж в протилежних напрямках.
Два досягнення, які зробили можливою появу нового типу OLED
У своєму новому дослідженні фізики вказують на два важливих досягнення в області нових матеріалів, які були використані для створення нових «біполярних» органічних спінових затворів, що дозволяють спиновому светодиоду випромінювати світло, замість того щоб просто регулювати електричний струм, як це робили органічні затвори попереднього покоління.
Перше з досягнень пов'язано з заміною звичайного водню на дейтерій в органічному шарі спинового затвора. Дейтерій - це важкий водень, а точніше, атом водню з одним зайвим нейтроном, доданим до протону і електрону. За словами професора варденів, використання дейтерію зробило процес випромінювання світла новим спіновим светодиодом більш ефективним.
Друге досягнення полягало в застосуванні вкрай тонкого шару фториду літію, розміщеного на електроді з кобальту. Цією шар дозволяє негативнозарядженим електронам проникати в спіновий затвор з одного боку, тоді як позитивно заряджені електронні дірки потрапляють в затвор з іншого боку. Це і робить спіновий затвор «біполярним» - на відміну від попередніх затворів, через які могли протікати тільки електронні діри.
Спіновий світлодіод генерує світло у видимому діапазоні під впливом напруги
Саме здатність затвора пропускати через себе і електрони, і електронні діри прямо пов'язана з його властивістю випускати видиме світло. Коли електрон рекомбинирует з електронної дірою, що вивільняється в результаті енергія випромінюється у вигляді світла. «Коли вони зустрічаються, з них виникає« екситон », ці екситон і дають нам світло», - пояснює професор варденів. Він також зазначає, що пристрій, через яке проходять не тільки електронні діри, а й електрони, витримує роботу з електричним струмом більшої сили і випромінює світло, інтенсивність якого можна регулювати за допомогою магнітного поля, в той час як інші типи світлодіодів вимагають додаткову електричну енергію для збільшення інтенсивності світлового потоку.
Існуючі світлодіоди можуть випромінювати світло тільки одного з трьох кольорів: червоного, синього або зеленого - в залежності від типу використовуваного напівпровідника. Нові ж спінові світлодіоди - пояснює професор варденів - особливо чудові тим, що один пристрій, зроблене за такою технологією, здатне давати різні кольори, які відповідають певним значенням магнітного поля. Нарешті, пристрої на базі органічних світлодіодів дешевші в порівнянні зі звичайними кремнієвими напівпровідниками, а виробництво органічних світлодіодів залишає менше токсичних відходів.
Багато вже давно заробляють в інтернеті. Варто спробувати самому почати свою справу. Вам допоможе платформа для вебінару. Спробуйте свої сили. можливо ви можете поділитися вашим досвідом з іншими.