Исследование выявило, что создание спиральных узоров из света, напоминающих природные структуры, существенно увеличивает производительность экранов OLED.
Разработчики нового метода скручивания света уверены, что его применение способно радикально повысить эффективность электроники, таких технологий, как дисплеи OLED и ночное видение.
За почти 150 лет с момента изобретения лампы наука о свете развивается. В последние десятилетия, когда электронные устройства, включая дисплейные технологии, быстро распространяются, ученые ищут новые способы контроля хаотичного поведения света или даже его манипулирования в субволновом масштабе для повышения производительности и эффективности этих устройств.
Вращающийся свет: Новая граница в управлении светом.
В 2023 году учёные Городского колледжа Нью-Йорка поймали свет с помощью магнитов и метаматериалов. В прошлом году исследователи из Нидерландов остановили свет фотонным кристаллом. Журнал The Debrief сообщил о международной работе по превращению лазерного света в сверхтвёрдое состояние материи. Министерство энергетики США финансирует эксперименты по сжатию инфракрасного света на 90%, что даёт новый оптический материал.
Несмотря на это, конечной целью многих работ является совершенствование электронных устройств, работающих со светом. Некоторые подходы включают в себя применение метаматериалов для передачи света, использование ураганов света для повышения эффективности и оригинальные разработки Томаса Эдисона для генерации закрученного света.
Исследователи из Кембриджского университета и Технологического университета Эйндховена добились успеха в управлении светом в OLED-дисплее.
Создание хиральности в подражание природе
Исследовательская группа заявляет, что молекулы часто обладают хиральной структурой, то есть могут быть ориентированы влево или вправо, как человеческие руки. Однако воспроизвести это естественное состояние в электронике для использования его эффективности не представляется лёгкой задачей.
В опубликованном Команда решила задачу, создав специализированный хиральный полупроводник, который «направлял» стопки полупроводниковых молекул на формирование лево- и правосторонних колонок. Эти колонки работают, закручивая свет в принудительную хиральность.
Триазатруксен (TAT) — составляющая полупроводника, самоорганизуется в спиральные укладки. По словам соавтора исследования Марко Преусса из Технологического университета Эйндховена, такая структура позволяет электронам, перемещающимся по ней, закручиваться по спирали, аналогично резьбе на винте.
«При воздействии синим или ультрафиолетовым светом самоорганизующийся TAT испускает яркий зеленый свет с сильной круговой поляризацией — результат, который ранее сложно было получить в полупроводниках. — утверждает соавтор исследования Марко Преус из Технологического университета Эйндховена. TAT-структура способствует эффективному перемещению электронов, что оказывает влияние на излучаемое светом. ».
Полупроводниковый материал испускал циркулярно поляризованный свет. Такой свет содержит информацию о направлении движения электронов: левостороннем или правостороннем. Ученые утверждают, что конструкция заметно отличается от неорганических полупроводников, например кремния, где симметричная внутренняя структура позволяет электронам двигаться без предпочтения направления.
Усовершенствованный OLED показывает заметное увеличение производительности.
Исследователи применили новый метод регулирования света с помощью OLED, интегрировав технологию TAT в работающие циркулярно поляризованные OLED. В результате были созданы устройства с рекордной эффективностью, яркостью и уровнем поляризации.
«Мы модернизировали традиционный метод изготовления OLED, применяемый в наших смартфонах, для удержания хиральной структуры в устойчивой, не кристаллизующейся матрице. — Заявляет соавтор исследования Ритупарно Чоудхури из Кавендишской лаборатории Кембриджа. Это открывает возможность создавать светодиоды с циркулярной поляризацией света. ».
Профессор Берт Мейер из Технологического университета Эйндховена поддержал это мнение, указав, что органический полупроводник, способный закручивать свет, может существенно повысить эффективность таких технологий отображения информации, как телевизоры, смартфоны и приборы ночного видения. Хиральные полупроводники также могут стать ключевыми для работы квантовых компьютеров и устройств на основе спинтроники.
«Это революционное достижение в области разработки хиральных полупроводников. », — говорит Мейер. «Мы установили связь между хиральностью молекулы и движением электронов, достигнув этого на ранее неслыханном уровне детализации. ».
Потенциал для доминирования в отрасли
Профессор сэр Ричард Френд из Кавендишской лаборатории Кембриджа, руководивший исследованием, отметил, что органические полупроводники когда-то не пользовались популярностью. Благодаря огромному количеству применений и способов использования они теперь «доминируют в индустрии», поддерживая отрасль стоимостью более 60 миллиардов долларов.
«В отличие от прочных неорганических полупроводников, молекулярные материалы очень податливы, что открывает возможности для создания новых конструкций, таких как, к примеру, гетерохромные светодиоды. », — пояснил Френд. «Это как строить из конструктора Лего, где есть все виды деталей, а не только прямоугольники. ».
Помимо повышения эффективности электронных дисплеев, команда считает, что органические полупроводники, способные закручивать свет, могут иметь большое значение для квантовых компьютеров. Возможности видят также в спинтронике — области исследований, которая использует спин, или собственный угловой момент, электронов для хранения и обработки информации, что может привести к созданию более быстрых и безопасных вычислительных систем.