Öka svarsfrekvensen för kvant-LED-lampor genom en exciteringsminneseffekt.
funktion
Den här artikeln har granskats enligt Science X:s redaktionella process och riktlinjer. Redaktörer har framhävt följande egenskaper medan de säkerställer innehållets trovärdighet:
fakta-kontrollerad
peer-reviewed publicering
pålitlig källa
korrekturläst
av Ingrid Fadelli, Phys.org
Lysdioder (LED) är allmänt använda elektroluminescerande enheter som avger ljus som svar på en applicerad elektrisk spänning. Dessa enheter är centrala komponenter i olika elektroniska och optoelektroniska teknologier, inklusive skärmar, sensorer och kommunikationssystem.
Under de senaste decennierna har vissa ingenjörer utvecklat alternativa LED: er som kallas kvant-LED: er (QLED), som använder kvantprickar (dvs nm-stora halvledande partiklar) som ljusavgekomponenter i stället för konventionella halvledare. Jämfört med traditionella LED-enheter kan dessa kvantdotpunktsbaserade enheter uppnå bättre energieffektivitet och driftsstabilitet.
Trots deras potential har de flesta QLED: er som hittills utvecklats visat sig ha betydligt långsammare svarshastigheter än vanliga LED: er som använder oorganiska III-V halvledare. Med andra ord tar de längre tid att avge ljus som svar på en applicerad elektrisk spänning.
Forskare vid Zhejiang University, University of Cambridge och andra institut visade nyligen att QLED: er uppvisar en excitationsminnelseffekt, vilket kan bidra till att förbättra deras svarshastigheter. Deras föreslagna tillvägagångssätt, som beskrivs i en studie publicerad i Nature Electronics, innebär i grund och botten att utnyttja enheternas förmåga att avge ljus som svar på elektriska pulser och att dra nytta av deras 'minne' av tidigare elektriska ingångar.
"Den senaste utvecklingen inom organiska LED för synlig ljuskommunikation var nyckelinspirationen för vår studie, eftersom de visade att LED: er kan tjäna syften bortom bara displayteknik," Dr. Yunzhou Deng vid University of Cambridge och Prof. Yizheng Jin vid Zhejiang University, två författare till artikeln, berättade för Phys.org.
"Kvantprick-LED: er (QLED) är en ny klass av LED: er som är kända för sin höga effektivitet, ljusstyrka och stabilitet, vilket gör dem lovande kandidater som ljuskällor för optisk kommunikation."
Det ursprungliga syftet med denna studie av Dr. Deng, Prof. Jin och deras kollegor var att bättre förstå hur QLED: er svarar på pulserande elektriska excitationer. Ändå ledde deras experiment till oväntade resultat, som de byggde vidare på för att utforma nya höghastighets-QLED: er baserade på specialiserade mikrostrukturer.
"För att genomföra vår studie använde vi transienta elektroluminescensmätningar, som syftar till att följa hur snabbt LED: en slås på eller av som svar på en spänningspulsinmatning," förklarade Dr. Deng. "Med en oscilloskop övervakade vi hur emissionsintensiteten utvecklades över tiden som svar på mikrosekundslånga elektriska pulser. Genom att testa QLED: er under olika pulserande excitationsförhållanden upptäckte vi viktiga insikter i deras svarsbeteende."
De tester som utfördes av forskarna visade att de elektroluminescerande svaren hos QLED: er påverkas av resterna från elektriska pulser som tidigare applicerades på dem. Denna observerade excitationsminnelseffekt visade sig vara kopplad till energitillstånd som kallas djupnivåhålsfällor, som finns i det amorfa polymerhalvledarmaterialet i enheten.
Upptäck det senaste inom vetenskap, teknik och rymden med över 100 000 prenumeranter som förlitar sig på Phys.org för dagliga insikter. Registrera dig för vårt kostnadsfria nyhetsbrev och få uppdateringar om genombrott, innovationer och forskning som betyder något - dagligen eller veckovis.
"Vår mest betydande upptäckt är att QLED: er uppvisar en excitationsminnelseffekt, vilket innebär att de 'kommer ihåg' tidigare pulserande excitationer även millisekunder efter att de har stängts av," sa Dr. Deng och Prof. Jin. "Som ett resultat, när de drivs vid högre pulsfrekvenser svarar enheterna snabbare. Denna effekt möjliggör att QLED: er kan användas vid höga moduleringsfrekvenser på över 100 MHz, vilket gör dem till starka kandidater för höghastighets applikationer inom optisk kommunikation."
För att bevisa löftet med deras tillvägagångssätt designade författarna en lågkapacitans mikro-QLED med en -3 dB-bandbredd på upp till 19 MHz, som utnyttjar den excitationsminnelseffekt de observerade. Denna QLED visade sig ha en elektroluminescent moduleringsfrekvens på 100 MHz och dataöverföringshastigheter på upp till 120 Mbps, samtidigt som den behöll en god energieffektivitet.
Resultaten av denna nyliga studie kan snart bidra till ytterligare framsteg inom QLED-tekniken, och potentiellt banar vägen för deras användning inom en mängd olika tillämpningar. Samtidigt planerar forskarna att fortsätta undersöka den effekt de observerade, samtidigt som de arbetar för att öka svarshastigheten hos QLED: er ännu mer.
'För att ytterligare accelerera enhetens svarshastighet måste vi utveckla nya kvantdotsmaterial med snabbare rekombinationshastigheter,' tillade Dr. Deng och Prof. Jin. 'Detta kommer att innebära att utforska nya sammansättningar och kärnskal nanostrukturer. Dessutom kan förbättring av excitation-minneseffekten genom att modifiera de organiska komponenterna i enheten leda till ännu mer intressanta övergående beteenden.' Mer information: Xiuyuan Lu et al, Accelerated response speed of quantum-dot light-emitting diodes by hole-trap-induced excitation memory, Nature Electronics (2025). DOI: 10.1038/s41928-025-01350-0 Tidskriftsinformation: Nature Electronics © 2025 Science X Network
