Zwiększenie szybkości odpowiedzi kwantowych diod LED poprzez efekt pamięci pobudzenia

15 marca 2025 roku

funkcja

Ten artykuł został zweryfikowany zgodnie z procesem redakcyjnym i politykami Science X. Redaktorzy zwrócili uwagę na następujące cechy, dbając o wiarygodność treści:

sprawdzane fakty

publikacja z recenzjami

zaufane źródło

skorygowane, przejrzane

przez Ingrid Fadelli, Phys.org

Diody elektroluminescencyjne (LEDy) są powszechnie stosowanymi urządzeniami emitującymi światło w odpowiedzi na zastosowane napięcie elektryczne. Te urządzenia są głównymi składnikami różnych technologii elektronicznych i optyczno-elektronicznych, w tym wyświetlaczy, czujników i systemów komunikacyjnych.

W ciągu ostatnich kilku dziesięcioleci niektórzy inżynierowie opracowali alternatywne diody LED znane jako diody kwantowe (QLEDy), które wykorzystują kropki kwantowe (czyli półprzewodnikowe cząsteczki o rozmiarze nm) jako komponenty emitujące światło zamiast tradycyjnych półprzewodników. W porównaniu do tradycyjnych LEDów, te urządzenia oparte na kropkach kwantowych mogą osiągnąć lepszą wydajność energetyczną i stabilność operacyjną.

Mimo swojego potencjału większość dotychczas opracowanych QLEDów okazała się posiadać znacznie wolniejsze czasy odpowiedzi niż typowe LEDy używające nieorganicznych półprzewodników III-V. Innymi słowy, wiadomo, że potrzebują one więcej czasu na wyemitowanie światła w odpowiedzi na zastosowane napięcie elektryczne.

Niemniej jednak badacze z Uniwersytetu Zhejiang, Uniwersytetu w Cambridge i innych instytutów niedawno wykazali, że QLEDy wykazują efekt zapamiętywania pobudzenia, co może pomóc poprawić ich czasy reakcji. Ich proponowane podejście, przedstawione w badaniu opublikowanym w Nature Electronics, polega głównie na wykorzystaniu zdolności urządzeń do emitowania światła w odpowiedzi na impulsy elektryczne, wykorzystując ich 'pamięć' poprzednich wejść elektrycznych.

'Ostatni postęp w rozwoju organicznych LEDów do komunikacji światłem widzialnym był kluczową inspiracją dla naszego badania, ponieważ pokazał, że LEDy mogą służyć celom poza technologią wyświetlaczy,' powiedzieli na portalu Phys.org dr Yunzhou Deng z Uniwersytetu w Cambridge i prof. Yizheng Jin z Uniwersytetu Zhejiang, dwaj autorzy artykułu.

'Diody kwantowe (QLEDy) to nowa klasa diod LED znanych ze swojej wysokiej wydajności, jasności i stabilności, co sprawia, że są obiecującymi kandydatami na źródła światła dla komunikacji optycznej.'

Początkowym celem tego badania dr Denga, prof. Jina i ich kolegów było lepsze zrozumienie tego, w jaki sposób QLEDy reagują na impulsy elektryczne. Jednak ich eksperymenty doprowadziły do nieoczekiwanych odkryć, na których zbudowano projektowanie nowych QLEDów o wysokiej prędkości opartych na specjalnych mikrostrukturach.

'Aby przeprowadzić nasze badanie, zastosowaliśmy pomiar transientnej elektroluminescencji, który ma na celu śledzenie, jak szybko dioda LED jest włączana lub wyłączana w odpowiedzi na wejście impulsu napięcia,' wyjaśnił dr Deng. 'Korzystając z oscyloskopu, śledziliśmy, jak zmieniała się intensywność emisji w czasie w odpowiedzi na mikrosekundowe impulsy elektryczne. Testując QLEDy w różnych warunkach impulsowych, odkryliśmy kluczowe spostrzeżenia dotyczące ich zachowania podczas reakcji.'

Testy przeprowadzone przez badaczy wykazały, że odpowiedzi elektroluminescencyjne QLEDów są kształtowane przez resztki impulsów elektrycznych, które były im kiedyś zastosowane. Zaobserwowany efekt zapamiętywania pobudzenia był powiązany ze stanami energetycznymi znanych jako głęboko poziomowe pułapy dziur, które zamieszkują amorficzne półprzewodnikowe polimery w urządzeniu.

Odkrywaj najnowsze informacje ze świata nauki, technologii i kosmosu z ponad 100 000 subskrybentami, którzy polegają na Phys.org dla codziennych spostrzeżeń. Zapisz się na nasz bezpłatny biuletyn i uzyskaj aktualizacje o przełomach, innowacjach i badaniach, które są istotne - codziennie lub co tydzień.

'Najważniejsze odkrycie, jakie dokonaliśmy, polega na tym, że QLEDy wykazują efekt zapamiętywania pobudzenia, co oznacza, że 'pamiętają' poprzednie impulsy, nawet kilkadziesiąt milisekund po wyłączeniu,' powiedzieli dr Deng i prof. Jin. 'W rezultacie, gdy są obsługiwane przy wyższych częstotliwościach impulsów, urządzenia reagują szybciej. Ten efekt pozwala QLEDom działać przy wysokich częstotliwościach modulacji przekraczających 100 MHz, co czyni je silnymi kandydatami do zastosowań w wysokoprędkościowej komunikacji optycznej.'

Aby udowodnić obietnice swojego podejścia, autorzy zaprojektowali mikro-QLED o niskiej pojemności z szerokością pasma -3 dB do 19 MHz, wykorzystując efekt zapamiętywania pobudzenia, który zaobserwowali. Okazało się, że ten QLED wykazuje częstotliwość modulacji elektroluminescencyjnej wynoszącą 100 MHz oraz prędkości transmisji danych do 120 Mbps, zachowując jednocześnie dobrą efektywność energetyczną.

Wyniki tego niedawnego badania mogą wkrótce przyczynić się do dalszego rozwoju technologii QLED, potencjalnie otwierając drogę do ich zastosowania w różnego rodzaju aplikacjach. Tymczasem badacze planują kontynuować badania nad zjawiskiem, które zaobserwowali, jednocześnie pracując nad jeszcze szybszymi reakcjami QLEDów.

'Aby dalsze przyspieszenie szybkości odpowiedzi urządzenia, będziemy musieli opracować nowe materiały z kwantowymi kropkami o szybszych współczynnikach rekombinacji' - dodał dr Deng i prof. Jin. 'Będzie to wiązać się z eksploracją nowatorskich kompozycji i nanostruktur typu rdzeń-powłoka. Dodatkowo, wzmocnienie efektu pamięci wzbudzenia poprzez modyfikację składników organicznych urządzenia może prowadzić do jeszcze bardziej interesujących zachowań przejściowych.' Więcej informacji: Xiuyuan Lu et al, Przyspieszona szybkość odpowiedzi diod emisyjnych z kwantowymi kropkami poprzez efekt pamięci wzbudzenia generowanego przez pułapki dziur, Nature Electronics (2025). DOI: 10.1038/s41928-025-01350-0 Informacje o czasopiśmie: Nature Electronics © 2025 Science X Network