Tehokkaampaa valon ylöskonversiota

Princetonin ja North Carolinan yliopistojen tieteilijät ovat kehittäneet tekniikan, joka parantaa merkittävästi kykyä muuntaa vähäenergista valoa korkeaenegiseksi valoksi.

Menetelmällä on välittömiä sovelluksia valaistuksessa ja näyttölaitteissa.

Tutkimus perustuu triplettifuusio-upkonversion tekniikkaan, jossa käytetään molekyylien yhdistelmää keräämään matalaenergistä valoa, kuten vihreää valoa, ja muuttamaan se korkeaenergiseksi versioksi, kuten siniseksi tai ultraviolettivaloksi.

Molekyylit absorboivat energiaa tulevasta valosta ja varastoivat sen väliaikaisesti siirtämällä elektroneja korkeampaan orbitaalitilaan. Virittyneet molekyylit törmäävät ja vapauttavat varastoidun energian korkeaenergisinä valon versioina.

Ylöskonversion tiedetään jo toimivan hyvin nesteissä, koska molekyylit liikkuvat jatkuvasti, jolloin ne voivat vuorovaikuttaa ja lisätä valon energiaa.

Kiinteissä aineissa viritykset eivät voi liikkua kovin helposti. Olemassa olevat kiinteät järjestelmät ratkaisevat tämän ongelman yleensä käyttämällä erittäin voimakasta valoa luodakseen paljon virittyneitä tiloja vuorovaikutukseen. Mutta nämä vanhemmat tekniikat vaativat paljon tehoa, mikä rajoittaa ylöskonversion sovellettavuutta.

Princetonin professorin Barry Randin johtamat tutkijat ehdottivat plasmoniikka-ilmiön hyödyntämistä ohuen metallikalvon ylöspäin suuntautuvan konversion tehostamiseksi.

Työssään tutkimusryhmä käytti hopeakalvoa pintaplasmonien tuottamiseen altistamalla kalvon matalaenergiselle valolle. Kun plasmonit etenivät hopeakalvon poikki, ne lisäsivät ylöspäin konvertoivien molekyylien valon absorptiota noin kymmenkertaisesti aiempiin kokoonpanoihin verrattuna.

Tutkijoiden mukaan lisääntynyt absorptio mahdollisti järjestelmän lisätä valoa absorboineiden molekyylien pitoisuutta, mikä vähensi merkittävästi ylöspäin konversion käynnistämiseen tarvittavaa valon intensiteettiä. Kokeelliset tulokset osoittivat, että tekniikka vähensi reaktion käynnistämiseen tarvittavaa tehoa 19-kertaisesti verrattuna ei-plasmoniseen järjestelmään.

Tutkijat käyttivät kokeen suorittamiseen laboratoriolaitteistoa, mutta he halusivat myös osoittaa teknologian välittömän käytännön sovelluksen. He rakensivat orgaanisen valoa emittoivaa diodia (OLED), jota käytetään yleisesti kannettavissa näytöissä, testatakseen menetelmää ja osoittaakseen sen toimivuuden.

Tutkijat käyttivät plasmonista kalvoa sinisen valon tuottamiseen ja yhdistivät sinisen valon olemassa olevan OLEDin vihreään ja punaiseen valoon tuottaakseen valkoista valoa. Sinisten OLEDien käyttö voi olla haastavaa, koska sinisen valon tuottaminen vaatii paljon energiaa ja voi johtaa epävakauteen. Demonstraatiollaan tutkijat osoittivat, että ohutkalvoteknologia voi toimia sinisen valon lähteenä ilman runsasta energiaa tai erikoismateriaaleja.

Aiheesta aiemmin:

Täysvärejä emittoiva ylösmuunnos nanopartikkeleilla

Kuinka hiilinanoputket antavat enemmän valoa kuin saavat

Fotonien napakymppi ja tehokas ylösmuunnos