Atombytning kan føre til ultralys, fleksible næste generations LED'er

En international gruppe forskere har udviklet en ny teknik, der kan bruges til at lave mere effektive, billige lysemitterende materialer, som er fleksible og kan printes ved hjælp af inkjet-teknikker.

Forskerne, ledet af University of Cambridge og Technical University of München, fandt ud af, at ved at bytte et ud af hver tusinde atomer af et materiale med et andet, de var i stand til at tredoble luminescensen af ​​en ny materialeklasse af lysemittere kendt som halogenidperovskitter.

Denne 'atombytning', eller doping, får ladningsbærerne til at sidde fast i en bestemt del af materialets krystalstruktur, hvor de rekombinerer og udsender lys. Resultaterne, rapporteret i Journal of the American Chemical Society , kunne være nyttigt til lavpris printbar og fleksibel LED-belysning, skærme til smartphones eller billige lasere.

Mange hverdagsapplikationer bruger nu lys-emitterende enheder (LED'er), såsom bolig- og erhvervsbelysning, TV skærme, smartphones og bærbare computere. Den største fordel ved LED'er er, at de bruger langt mindre energi end ældre teknologier.

Ultimativt, også hele vores verdensomspændende kommunikation via internettet er drevet af optiske signaler fra meget skarpe lyskilder, der inden for optiske fibre transporterer information med lysets hastighed over hele kloden.

Holdet studerede en ny klasse af halvledere kaldet halogenidperovskitter i form af nanokrystaller, som kun måler omkring en ti tusindedel af tykkelsen af ​​et menneskehår. Disse 'kvanteprikker' er meget selvlysende materialer:De første højglans QLED-tv'er med kvanteprikker kom for nylig på markedet.

Cambridge-forskerne, arbejder med Daniel Congreves gruppe på Harvard, som er eksperter i fremstilling af kvanteprikker, har nu i høj grad forbedret lysemissionen fra disse nanokrystaller. De erstattede et ud af hver tusinde atomer med et andet - og byttede bly ud med manganioner - og fandt ud af, at kvanteprikkernes luminescens blev tredoblet.

En detaljeret undersøgelse ved hjælp af laserspektroskopi afslørede oprindelsen af ​​denne observation. "Vi fandt ud af, at ladningerne samles i områderne af de krystaller, som vi dopede, " sagde Sascha Feldmann fra Cambridges Cavendish Laboratory, undersøgelsens første forfatter. "Når de er lokaliseret, disse energiske ladninger kan møde hinanden og rekombinere for at udsende lys på en meget effektiv måde."

"Vi håber denne fascinerende opdagelse:at selv de mindste ændringer i den kemiske sammensætning i høj grad kan forbedre materialets egenskaber, vil bane vejen for billige og ultraklare LED-skærme og lasere i den nærmeste fremtid, " sagde seniorforfatter Felix Deschler, som i fællesskab er tilknyttet Cavendish og Walter Schottky Institute ved det tekniske universitet i München.

I fremtiden håber forskerne at identificere endnu mere effektive dopingmidler, som vil hjælpe med at gøre disse avancerede lysteknologier tilgængelige for alle dele af verden.