Mekaaninen sininen ledi

Hongkongin yliopiston (HKU) teknillisen tiedekunnan tutkimusryhmä on äskettäin saavuttanut merkittävän tieteellisen läpimurron.

Tutkijat ovat onnistuneesti käyttäneet mekaanista venytystekniikkaa galliumnitridi (GaN) -materiaalin emissiovärin dynaamiseen hallintaan ultravioletti (UV) -valosta siniseen valoon.

Tämä teknologinen läpimurto tarjoaa uuden puolijohdemateriaalien ohjausratkaisun tulevaisuuden edistyneille tehotransistoreille, optoelektronisille komponenteille, radiotaajuuskomponenteille ja mikroled-näytöille.

Professori Yang Lun johtama tiimi hyödynsi mikro-nanoprosessoinnin teknologiaa valmistaakseen yksikiteisestä GaN-materiaalista pieniä sillan kaltaisia rakenteita. Tarkan mekaanisen venytyksen avulla materiaali saavutti jopa 6,8 %:n elastisen muodonmuutoksen ja noin 11 GPa:n vetolujuuden. Tämä osoittaa kokovaikutuksen tuoman poikkeuksellisen elastisen muodonmuutoskyvyn, mikä tarjoaa laajat mahdollisuudet syvävenymätekniikkaan.

Tämä fyysinen venytys ei vain muokannut materiaalia, vaan myös muutti onnistuneesti GaN:n emissiovärin alun perin näkymättömästä ultraviolettivalosta näkyvään siniseen valoon.

Kokeissa, joissa yhdistettiin in situ -mekaanista venytystä katodoluminesenssijärjestelmiin (CL), tutkijat seurasivat optisten ominaisuuksien muutoksia reaaliajassa venytysprosessin aikana.

Sinisten ledien ydinmateriaalina, joka johti fysiikan Nobelin palkintoon vuonna 2014, tutkijoiden piti aiemmin lisätä erilaisia kemiallisia alkuaineita GaN:n emissiovärin säätämiseksi. 

Tämä HKU:n tutkimus kuitenkin esittelee puhtaasti fysikaalisen ohjausmenetelmän. Tämän teknologian ainutlaatuisuus piilee sen "palautuvuus" – kun venytysvoima poistetaan, materiaali palaa alkuperäiseen tilaansa ja emissioväri muuttuu ultraviolettivaloksi. GaN:n luminoivat ominaisuudet muuttuvat täysin palautuvasti venymätilan mukaan.

Tämä dynaaminen ohjausmenetelmä, joka eroaa perinteisistä lähestymistavoista, jotka edellyttävät materiaalin kemiallisen koostumuksen muuttamista, tuo uuden suunnan puolijohteiselle optoelektroniikan teknologialle.

Käytännön laitesovellusten potentiaalin osoittamiseksi tutkimusryhmä suunnitteli ja mikrovalmisti mekaanisesti jännityslukitun GaN-rakenteen, jossa on työntövetorakenne. Lukitsemalla noin 3 %:n vetojännitys laite saavutti onnistuneesti vakaan aallonpituuden punasiirtymän 363 nm:stä 371 nm:iin, säilyttäen jännitysvalon emissiotilan ilman jatkuvaa ulkoista voimaa, mikä tekee tästä rakenteesta käytännöllisemmän sovellusten kannalta.

Tulevaisuudessa tätä teknologiaa odotetaan sovellettavan mikronäyttöihin, älykkääseen valaistukseen ja jopa biosensorialoilla, mikä tuo lisää innovatiivisia mahdollisuuksia ihmisten elämään.

Aiheesta aiemmin:

Nanorakenteiden ledi tuottaa ympyräpolarisoitua valoa

Oikein sinisiä ja ohuita ledejä