Физики из Российской академии наук и Германии выяснили, почему светодиоды из нитрида галлия, перспективного полупроводникового материала, пока обладают достаточно низким КПД, и нашли потенциальный способ его улучшения, говорится в статье, опубликованной в Journal of Physics D: Applied Physics.

"Данная работа поможет улучшить эффективность светодиодов из нитрида галлия, а также должна послужить толчком к более детальному экспериментальному поиску материалов для светодиодов с более высокой квантовой эффективностью, то есть высокой светоотдачей", - рассказал Карл Сабельфельд (Karl Sabelfeld) из Института вычислительной математики и математической геофизики СО РАН.

Первые полноценные светодиоды появились в относительно далеком прошлом по меркам полупроводниковой индустрии, более 50 лет назад. Все они работают благодаря особым взаимодействиям между электронами и "дырками", областями положительного заряда внутри полупроводников, которые заставляют элементарные частицы выделять часть своей энергии в виде света.

За это время ученые и инженеры открыли десятки материалов, способных служить основой для светодиодов, в том числе и органические материалы, что позволило им проникнуть фактически во все сферы жизни человека. Несмотря на огромный успех этих излучателей света, у всех них есть один общий недостаток - эффективность их работы резко обваливается в том случае, если сила пропускаемого через них тока превышает несколько десятков миллиампер.

Сабельфельд и его коллеги нашли возможное объяснение этому феномену, изучая то, как работают светодиоды из нитрида галлия, обладающие аномально высоким КПД, примерно 4%, при достаточно заурядных физических свойствах этого материала.

Дело в том, что кристаллы этого полупроводника имеют внутри себя достаточно много дефектов, мешающих преобразованию энергии электричества в частицы света, в результате чего их КПД должен быть на самом деле гораздо ниже, чем в реальности. Российские и германские ученые заинтересовались этим необычным расхождением и попытались понять, как оно возникает, используя компьютерную модель подобного светодиода.

Для ее создания ученые проанализировали данные, собранные физиками-экспериментаторами во время наблюдений за работой различных светодиодов из нитрида галлия, и создали набор формул, описывающий то, как возникают пары "дырок" и электронов внутри них, как они подавляются дефектами в кристаллах и почему повышение силы понижает эффективность их работы.

Эти расчеты физики проверили, создав свой собственный светодиод и "обстреляв" его при помощи электронной пушки, позволившей им локализовать все дефекты и источники фотонов внутри кристаллов нитрида галлия. Как отмечают исследователи, их формулы достаточно точно описали то, что "увидел" сканирующий электронный микроскоп, что позволяет использовать их для создания более эффективных и ярких светодиодов уже в ближайшие годы.

Источники

Ученые из РАН выяснили, что мешает светодиодам светить ярче
BBC24.Net, 05/12/2017
Ученые из РАН выяснили, что мешает светодиодам светить ярче
Новости@Rambler.ru, 05/12/2017
Ученые из РАН выяснили, что мешает светодиодам светить ярче
Карельские Вести (kareliyanews.ru), 05/12/2017
Ученые из РАН выяснили, что мешает светодиодам светить ярче
РИА Новости, 05/12/2017
Ученые из РАН выяснили, что мешает светодиодам светить ярче - "Космос"
Новости-Дня (novosti-dny.su), 05/12/2017
Физики объяснили, что мешает светодиоду светить ярче
Margust (gazeta-margust.ru), 05/12/2017
Что мешает светодиоду светить ярче
Полит.ру, 05/12/2017
"Что мешает светодиоду светить ярче"
Ivest.kz, 05/12/2017
Физики объяснили, что мешает светодиоду светить ярче
Новости@Rambler.ru, 05/12/2017
Физики объяснили, что мешает светодиоду светить ярче
Газета.Ru, 05/12/2017
Физики объяснили, что мешает светодиоду светить ярче
Российский научный фонд (рнф.рф), 06/12/2017

Похожие новости

  • 21/10/2016

    Сергей Кабанихин: решение обратных задач важно для человечества

    ​Говорят, рассуждение Платона о том, что человечеству в процессе познания порой доступны только тени на стене пещеры и эхо, явилось предвестником решения Аристотелем задачи восстановления формы Земли по ее тени на Луне.
    2611
  • 20/10/2016

    Научно-популярное шоу «Science Slam. Третий метод» пройдёт в Москве

    ​28 октября в Москве состоится научно-популярное шоу «Science Slam. Третий метод». Четверо ученых расскажут о том, как устроены четыре уровня мироздания - наномир, микромир, планета Земля и вся Вселенная.
    812
  • 15/10/2015

    Международная конференция математиков в честь 90-летия академика Г. И. Марчука

    ​19-23 октября в новосибирском Академгородке будет проходить Международная конференция "Актуальные проблемы вычислительной и прикладной математики - 2015" (АПВПМ-2015), посвященная 90-летию со дня рождения академика Гурия Ивановича Марчука.
    1550
  • 09/09/2016

    Академику Багаеву Сергею Николаевичу исполняется 75 лет

    ​Сергей Николаевич Багаев родился 9 сентября 1941 г. в Новосибирске. Окончил Новосибирский государственный университет в 1964 г. С 1965 по 1978 г. - стажер-исследователь, младший научный сотрудник, старший научный сотрудник, заведующий лабораторией Института физики полупроводников СО АН СССР.
    2002
  • 27/09/2016

    Россия и Беларусь планируют создать совместный центр лазерных технологий

    ​Беларусь и Россия планируют создать совместный центр лазерных технологий. Об этом сообщил в понедельник научный руководитель Института лазерной физики Сибирского отделения Российской академии наук (СО РАН) академик Сергей Багаев перед открытием Международной конференции по когерентной и нелинейной оптике, лазерам, их приложениям и технологиям (ICONO/LAT-2016) в Минске.
    1705
  • 07/02/2017

    Новосибирские ученые моделируют болезнь

    ​Работая с пациентом, врач анализирует симптомы, определяет заболевание и прописывает лекарства, но стандартная схема лечения эффективна не для всех. Дело в том, что организм каждого человека имеет свой иммунный ответ, зависящий от истории болезней и характеристик иммунокомпетентных клеток.
    762
  • 15/05/2017

    В ИАиЭ СО РАН пройдет семинар-общественное обсуждение работы коллектива научной молодежи ИТ СО РАН

    ​Приглашаем принять участие в общественном обсуждении работы "Разработка и внедрение оптических систем регистрации параметров рабочих процессов для повышения эффективности энергетических технологий", представленной Институтом теплофизики им.
    1138
  • 18/10/2016

    Академику Аннину Борису Дмитриевичу исполняется 80 лет

    ​Аннин Борис Дмитриевич родился 18 октября 1936 года, Совхоз им. Ленина Шульгинского района Тамбовской области. В 1959 году окончил Механико-математический факультет МГУ.С 1959 года работает в Институте гидродинамики им.
    1309
  • 26/12/2016

    Академик Александр Асеев: «За 300-летнюю историю РАН бывали времена и более тяжелые, чем сейчас»

    ​23 декабря в новосибирском Академгородке состоялась научная сессия Общего собрания Сибирского отделения РАН, на которой выступили с докладами ученые, пополнившие ряды Академии в 2016 году. Сообщения были посвящены персонализированной медицине, освоению запасов углеводородов на Крайнем Севере, визуализации нервной системы, информационным технологиям агропромышленного комплекса, а также работе Новосибирского государственного университета в рамках стратегических академических единиц.
    1374
  • 08/02/2018

    Десять открытий российских ученых, которые потрясли мир

    ​​Более 70% россиян не в состоянии назвать ни одного научного достижения в стране за последние десятилетия - таковы результаты социологического исследования ВЦИОМ, выполненного ко Дню российской науки.
    396