Kaster lys over udviklingen af ​​effektive blåemitterende halvledere

Forskere ved Tokyo Institute of Technology (Tokyo Tech) har opdaget et nyt alkalisk kobberhalogenid, Cs ₅ Cu ₃ Cl ₆ jeg ₂ , der udsender rent blåt lys. Kombinationen af ​​de to halogenider, chlorid og iodid, giver materialet en krystallinsk struktur lavet af zigzagkæder og ejendommelige egenskaber, der resulterer i meget effektiv fotoluminescens. Denne nye forbindelse kan let bruges til at producere relativt billige og miljøvenlige hvide lysdioder og reducere den energi, der bruges til generering af daglig kunstigt lys.

Kunstigt lys tegner sig for cirka 20% af den samlede elforbrug globalt. I betragtning af den nuværende miljøkrise, dette gør opdagelsen af ​​energieffektive lysemitterende materialer særlig vigtig, især dem, der producerer hvidt lys. I løbet af det sidste årti, teknologiske fremskridt inden for solid-state belysning, delområdet for halvlederforskning, der vedrører lysemitterende forbindelser, har ført til udbredt brug af hvide lysdioder. Imidlertid, de fleste af disse lysdioder er faktisk en blå LED -chip belagt med et gult selvlysende materiale; det udsendte gule lys kombineret med det resterende blå lys giver den hvide farve.

Derfor, en måde at reducere energiforbruget på moderne hvide LED-lamper er at finde bedre blåemitterende halvledere. Desværre, ingen kendte blåemitterende forbindelser var samtidig yderst effektive, let bearbejdelig, holdbar, miljøvenlig, og fremstillet af rigelige materialer - indtil nu.

I en nylig undersøgelse, udgivet i Avancerede materialer , et team af forskere fra Tokyo Institute of Technology, Japan, opdagede et nyt alkalikobberhalogenid, Cs ₅ Cu ₃ Cl ₆ jeg ₂ , der opfylder alle kriterier. I modsætning til Cs ₃ Cu ₂ jeg ₅ , en anden lovende blå-emitterende kandidat til fremtidige enheder, den foreslåede forbindelse har to forskellige halogenider, chlorid og iodid. Selvom blandede halogenmaterialer er blevet prøvet før, Cs ₅ Cu ₃ Cl ₆ jeg ₂ har unikke egenskaber, der fremkommer specifikt ved brug af I- og Cl-ioner.

Det viser sig, at Cs ₅ Cu ₃ Cl ₆ jeg ₂ danner en endimensionel zigzagkæde ud af to forskellige underenheder, og ledene i kæden er udelukkende forbundet med ioner. Forskerne fandt også en anden vigtig egenskab:dens valensbånd, som beskriver elektronernes energiniveauer i forskellige positioner af materialets krystallinske struktur, er næsten flad (med konstant energi). På tur, denne egenskab gør fotogenererede huller-positivt ladede pseudopartikler, der repræsenterer fraværet af en fotoopspændt elektron-"tungere". Disse huller har en tendens til at blive immobiliseret på grund af deres stærke interaktion med ioner, og de binder let med nærliggende frie elektroner for at danne et lille system kendt som en exciton.

Excitoner forårsager forvridninger i krystalstrukturen. Ligesom det faktum, at man ville have problemer med at flytte oven på et hængende stort net, der er betydeligt deformeret af ens egen vægt, excitonerne bliver fanget på plads af deres egen effekt. Dette er afgørende for den meget effektive generation af blåt lys. Professor Junghwan Kim, der ledede undersøgelsen, forklarer:"De selvfangede excitoner er lokaliserede former for optisk ophidset energi; den endelige rekombination af deres konstituerende elektronhullepar forårsager fotoluminescens, emission af blåt lys i dette tilfælde. "

Ud over dens effektivitet, Cs ₅ Cu ₃ Cl ₆ jeg ₂ har andre attraktive ejendomme. Det består udelukkende af rigelige materialer, gør det relativt billigt. I øvrigt, det er meget mere stabilt i luft end Cs ₃ Cu ₂ jeg ₅ og andre alkalikobberhalogenidforbindelser. Forskerne fandt ud af, at ydelsen af ​​Cs ₅ Cu ₃ Cl ₆ jeg ₂ nedbrydes ikke ved opbevaring i luft i tre måneder, mens lignende lysemitterende forbindelser klarede sig dårligere efter blot dage. Endelig, Cs ₅ Cu ₃ Cl ₆ jeg ₂ kræver ikke bly, et meget giftigt element, gør det generelt miljøvenligt.

Kim afsluttede, "Vores resultater giver et nyt perspektiv for udviklingen af ​​nye alkalikobberhalogenidkandidater og viser, at Cs ₅ Cu ₃ Cl ₆ jeg ₂ kunne være et lovende blåemitterende materiale. "Lyset fra dette team af forskere vil forhåbentlig føre til mere effektiv og miljøvenlig lysteknologi.