Gruppen blaser vejen til effektiv, miljøvenlig dyb-ultraviolet LED

Den mørkeste form for ultraviolet lys, kendt som UV-C, er unik på grund af sit ry som en dræber - af skadelige organismer.

Med bølgelængder på mellem 200 og 280 nanometer, denne særlige form for UV -lys trænger ind i virusmembraner, bakterie, skimmelsvamp og støvmider, angriber deres DNA og dræber dem. Sanering med UV-C lys har eksisteret i mere end 100 år, efter Niels Finsens opdagelse af UV -lys som modgift mod tuberkulose, som vandt den færøsk-danske læge 1903 Nobelprisen i medicin.

I øjeblikket, de fleste dybe UV-lamper er kviksølvbaserede. De udgør en trussel mod miljøet, og er omfangsrige og ineffektive. En Cornell -forskergruppe ledet af Huili (Grace) Xing og Debdeep Jena, sammen med samarbejdspartnere fra University of Notre Dame, har rapporteret fremskridt med at oprette en mindre, mere jordvenligt alternativ.

Brug af atomstyrede tynde monolag af galliumnitrid (GaN) og aluminiumnitrid (AlN) som aktive områder, gruppen har vist evnen til at producere dyb UV-emission med en lysemitterende diode (LED) mellem 232 og 270 nanometer bølgelængder. Deres emission på 232 nanometer repræsenterer den korteste registrerede bølgelængde ved hjælp af GaN som det lysemitterende materiale. Den tidligere rekord var 239 nanometer, af en gruppe i Japan.

"MBE-dyrkede 232-270 nm dybe UV-lysdioder ved hjælp af tynd binær GaN/AlN kvante heterostrukturer i monolag" blev offentliggjort online den 27. januar i Anvendt fysik bogstaver .

Postdoktor SM (Moudud) Islam, hovedforfatteren, sagde:"UV-C lys er meget attraktivt, fordi det kan ødelægge DNA fra arter, der forårsager infektionssygdomme, som forårsager forurening af vand og luft. "

En af de største udfordringer med ultraviolette lysdioder er effektivitet, som måles i tre områder:injektionseffektivitet - andelen af ​​elektroner, der passerer gennem enheden, der injiceres i det aktive område; intern kvanteeffektivitet (IQE) - andelen af ​​alle elektroner i det aktive område, der producerer fotoner eller UV -lys; og lysekstraktionseffektivitet - andelen af ​​fotoner genereret i det aktive område, der kan udtrækkes fra enheden og faktisk er nyttige.

"Hvis du har 50 procent effektivitet i alle tre komponenter ... multiplicere alle disse, og du får en ottendedel, "Sagde islam." Du er allerede nede på 12 procent effektivitet. "

I det dybe UV-område, alle tre effektivitetsfaktorer lider, men denne gruppe fandt ud af, at ved at bruge galliumnitrid i stedet for konventionelt aluminiumgalliumnitrid, både IQE og lysudsugningseffektivitet forbedres.

Injektionseffektiviteten forbedres ved brug af et polarisationsinduceret dopingskema for både de negative (elektron) og positive (hul) bærerområder, en teknik gruppen undersøgte i tidligere arbejde.

Nu hvor gruppen har bevist sit koncept for forbedret dyb UV-LED-effektivitet, dens næste opgave er at pakke den ind i en enhed, der en dag kan komme på markedet. Dybe UV-lysdioder bruges til fødevarekonservering og registrering af falsk valuta, blandt andet.

Yderligere undersøgelser vil omfatte emballering af både den nye teknologi og eksisterende teknologier i ellers lignende enheder, med henblik på sammenligning.

"Med hensyn til at kvantificere effektiviteten, vi ønsker at pakke det inden for de næste par måneder og teste det som om det var et produkt, og prøv at sammenligne det med et produkt med en af ​​de tilgængelige teknologier, "Sagde Jena.