27년 2023월 XNUMX일(
나노 워크 뉴스) 에너지 효율적인 LED(발광 다이오드)가 실내 및 실외의 다양한 조명 유형을 대체하기 시작했습니다. LED가 부상하는 주요 이유는 이러한 장치로 얻을 수 있는 빛의 품질과 강도를 크게 향상시키는 재료 연구 때문입니다. 그러나 이러한 재료는 가능한 한 결함이 없는 표면을 포함하여 매우 높은 수준의 정밀도로 처리되어야 합니다. 오늘날의 LED 장치를 구성하는 재료에 대해 로렌스 버클리 국립 연구소(Berkeley Lab) 수석 교수 과학자 Ali Javey는 "그들은 더 효율적이고 더 오래 지속됩니다. 그러나 좋은 효율성을 얻으려면 실제로 [재료를 처리해야 합니다."라고 말했습니다. ] 표면을 완벽하게 만들기 위해서는 표면 화학을 관찰하고 제어해야 하지만 그래도 여전히 약간의 빛 손실이 있습니다.” Javey는 또한 University of California, Berkeley의 전기 공학 및 컴퓨터 과학 교수이기도 합니다. Javey와 그의 팀은 전자 특성에 관심이 있는 물질인 흑린(BP)에 대한 최근 연구에서 BP 표면의 감질나는 빛 방출 능력이 드러났다고 말했습니다. 매우 얇은 BP 층이 자극되어 특정 파장의 유용한 양의 빛을 방출할 수 있다는 것이 밝혀졌습니다. 게다가 표면에 관계없이 그렇게 할 것입니다. 실제로 BP를 산화(녹이라고 생각)할 수도 있으며 효율성 저하 없이 중적외선(IR)에서 여전히 빛을 방출합니다. “우리는 표면에 특별한 일을 하지 않습니다. 우리는 특별한 화학을 수행하지 않습니다. 우리는 특별한 보호 레이어를 내려 놓지 않습니다.”라고 그는 말했습니다. Javey 팀은 연구 결과를 저널에 발표했습니다.
자연 나노 기술 (
“흑인의 광발광 양자 수율의 비정상적인 두께 의존성”). 이 연구는 BP의 속성에 대한 근본적인 발견이자 응용 분야에 대한 흥미로운 전망을 제시합니다. Javey는 “흑린은 중파장 IR 발광 및 감지에 정말 좋습니다. “우리 그룹과 다른 사람들은 이전에 매우 밝은 중파장 IR LED를 선보였습니다. 기존 반도체를 사용하는 Mid-IR LED는 기본적인 재료 특성으로 인해 그다지 효율적이지 않습니다. BP는 해당 파장 범위에서 고유한 이점을 갖고 있습니다.” 중간 IR 범위는 야간 투시, 감지, 분광학 등의 응용 분야에서 관심을 끌고 있다고 Javey는 계속했습니다. "우리의 연구 결과는 발광 장치 및 광검출기와 같은 새로운 광전자 응용 분야를 위한 적층 재료의 독특한 재료 특성을 강조합니다."
얇은 흑인에서 빛을 얻는다
Javey 연구소는 한동안 BP의 "마법적 특성"을 조사해 왔습니다. 2022년에 그들은 기계적 변형 하에서 BP가 원하는 파장 범위(2.3~5.5마이크로미터, 단파에서 중파 적외선에 걸쳐)에서 적외선(IR) 빛을 동적으로 방출하거나 감지하도록 유도될 수 있다고 보고했습니다. 실온에서 가역적으로 그렇게 하십시오. 공동 저자인 Shiekh Uddin은 “이 새로운 논문에서는 BP의 두께를 변경할 때 발광 메커니즘이 어떻게 변하는지 살펴봅니다. 두꺼운 BP 단위에서는 전자와 정공, 즉 음전하와 양전하를 띤 입자가 서로 충돌할 때 빛을 생성할 수 있습니다.” 그러나 몇 나노미터 이하로 얇아진 BP 표면의 전자와 정공은 너무 갇혀 있어서 마치 주머니에 자석이 끌어당겨진 것처럼 결합됩니다. 엑시톤(exciton)이라고 불리는 이 들뜬 상태는 고립된 전자와 정공보다 더 효율적으로 빛을 방출합니다. 공동 저자인 Naoki Higashitarumizu는 “중요하게도 BP의 고유한 결정 구조로 인해 표면이 발광 효율에 덜 해롭다는 사실을 발견했습니다.”라고 말했습니다. BP는 비정상적으로 낮은 표면 재결합 속도를 가지고 있는 것으로 나타났습니다. 이는 빛을 생성하지 않고 물질 표면에서 캐리어(전자 또는 정공)가 얼마나 빨리 손실되는지를 측정하는 것입니다. 실제로 BP의 표면 재결합 속도는 다른 물질보다 XNUMX배 정도 낮다고 Uddin은 말했습니다. 이는 환경 노출로 인해 표면이 산화되거나 손상된 경우에도 마찬가지입니다. 그 결과, BP를 매우 얇게 만들어도 밝은 빛을 낼 수 있습니다. 앞으로 Javey는 "우리는 낮은 표면 재결합이 BP에만 국한되지 않고 유사한 결정 구조를 가진 다른 층상 재료에도 적용 가능해야 한다고 믿습니다."라고 말했습니다.
