Ledi ultravioletille valolle

Ohio State yliopiston insinöörit ovat luoneet ledin puolijohdenanolangoista, joita on seostettu harvinaisella maametallien alkuaineella, suomalaisenkin tieteen historiaan liittyvällä gadoliniumilla.

Alkujaan ryhmän tarkoitus ei ollut tehdä ultraviolettilediä. He halusivat tutkia mitä tapahtuu kun elektroneja ajetaan gadoliniumin kautta ledin sisällä.

Tutkimuksissaan he muokkasivat piikiekon pinnalle istutettujen nanolankojen koostumusta virittämällä niiden polarisaatiota ja aallonpituutta eli ledin emittoiman valon väriä.

Gadolinium valittiin, ei niinkään tekemään hyvä uv-ledi, vaan kokeisiin, joilla luodattiin perusominaisuuksia gadoliniumnitridistä. Kokeen aikana huomattiin, että sähkövirralla voisi ohjailla gadoliniumille ominaisia teräviä emissiolinjoja.

Gadoliniumin fluoresoi voimakkaimmin useilla tietyillä ultravioletin taajuuksilla. Eri materiaalien virittäminen generoimaan valoa ei ole mitään uutta mutta materiaaleja, jotka hohtavat ultraviolettia valoa on vaikeampi virittää. Gadoliniuminkin valoemission toteuttaminen vaatii nykyisillä tyhjiöputkilaitteilla noin 250 voltin jännitettä.

Ohio Staten ryhmä osoitti, että nanolankaisessa ledirakenteessa sama vaikutus voi syntyä noin kymmenen voltin jännitteellä. Suurjännitelaitteet ovat yleensä suurikokoisia, joten uusi uv-ledi olisi omiaan kannettaviin sovelluksiin.

Tutkijat uskovat, että laite toimii pienemmällä jännitteellä juuri ledi-rakenteen ansiosta. Siinä gadolinium on sijoitettu keskelle lediä, tarkalleen siihen missä elektronit menettävät energiansa.

Koska uusi ledi säteilee valoa tietyillä aallonpituuksilla, se voisi olla hyödyllinen tutkimusspektroskopian sovelluksiin, jotka vaativat referenssiaallonpituutta. Sitä voisi soveltaa myös kemiallisten aineiden ilmaisussa, desinfioinnissa ja UV-kovetuksessa.

Samaa teknologiaa saatettaisiin tulevaisuuden käyttää, ultraviolettisten laserdiodien toteutuksessa. Tällä hetkellä uv-laservaloa tuotetaan suuritehoisilla kaasulasereilla ja niitä käytetään muun muassa mikroelektroniikan valmistuksessa ja silmäleikkauksissa.

Ledi kasvatettiin tavalliselle piikiekolle, mikä on teollisuudelle tuttu alusta ja edullisena se tasapainottaa nanolankojen osuutta tuotantokustannuksissa.