Открытие, которое кардинально меняет взгляд на принципы построения светоизлучающих устройств, сделали исследователи из МФТИ. Они выяснили, что для достижения так называемого эффекта суперинжекции достаточно использовать лишь один материал. Работа опубликована в журнале Semiconductor Science and Technology. До сих пор считалось, что суперинжекция возможна только в проводниках, состоящих из двух и более материалов.
Полупроводниковые источники света — основа современной техники. Без них не было бы Интернета и лазерных принтеров. Но ещё несколько десятилетий назад нельзя было и представить, что возможно создавать яркие источники света на основе полупроводников. Дело в том, что свет там генерируется во время рекомбинации электронов и дырок — основных носителей заряда в любом полупроводнике. Чем выше их концентрация, тем ярче свет. Однако учёным никак не удавалось добиться достаточно высокой концентрации одновременно и электронов, и дырок.
Решение проблемы в 60-е годы нашли Жорес Алфёров и Герберт Кремер. Они предложили сделать своеобразный полупроводниковый «бутербод» — использовать два специально подобранных материала. Если совместить их определённым образом и пропустить через них ток, в центральном полупроводнике можно создать концентрацию электронов и дырок на несколько порядков выше, чем в окружающих полупроводниках. Именно этот эффект лёг в основу всех современных светодиодов и лазеров. За свою работу в 2000 году Алфёров и Кремер получили Нобелевскую премию по физике. Но у этого решения были и недостатки, главный из которых – не все полупроводники можно объединить в одну структуру.
И вот теперь другие российские учёные — Игорь Храмцов и Дмитрий Федянин из лаборатории нанооптики и плазмоники Центра фотоники и двумерных материалов МФТИ — доказали, что для достижения суперинжекции достаточно использовать лишь один материал. В качестве примера они взяли алмаз.
Удивительно, но эффект суперинжекции в алмазе в 50–100 раз сильнее того, который сегодня используется в большинстве полупроводниковых светодиодов и лазеров на основе гетероструктур ,
— подчёркивает Игорь Храмцов.
Но алмаз — далеко не единственный материал, пригодный для суперинжекции Подойдёт большинство известных полупроводников, начиная от нитрида галлия и карбида кремния и заканчивая недавно открытыми двумерными материалами.
Если в случае кремния и германия для суперинжекции требуются криогенные температуры, что ставит под вопрос ценность этого эффекта, то в таких материалах, как алмаз и нитрид галлия сильная суперинжекция может наблюдаться уже при комнатной температуре,
— отмечает Дмитрий Федянин.
Более того, учёные установили, что суперинжекция в алмазном диоде позволяет превзойти предел максимальной, как ранее считалось, концентрации электронов в алмазе в 10 000 раз. Таким образом, на основе алмаза можно создать, например, ультрафиолетовые светодиоды, которые будут в тысячи раз ярче, чем предсказывали самые оптимистичные теоретические расчеты, выполненные ранее. А это открывает путь к созданию высокоэффективных синих, фиолетовых, ультрафиолетовых и белых светодиодов; источников излучения для оптической передачи данных по воздуху (Li-Fi); новых видов лазеров; передатчиков для квантового интернета; а также оптических устройств для ранней диагностики заболеваний.
Нет комментариев