Исследователи из России и Южной Кореи разработали инновационные светоизлучающие элементы на основе двумерных полупроводников и метаповерхностей. Новые элементы излучают в 1600 раз ярче обычных полупроводниковых слоев, при этом они значительно тоньше и долговечнее аналогов с аналогичной светимостью.
Ключевым преимуществом разработки является кристаллическая структура элемента, обеспечивающая устойчивость к воздействию света и электричества. По словам ученых, такие элементы могут служить практически вечно, в отличие от органических светодиодов, срок службы которых ограничен несколькими годами.
Разработка выполнена международной группой физиков под руководством Василия Кравцова из Университета ИТМО. Основу элемента составили тонкие пленки диселенида молибдена — двумерного полупроводника с уникальными свойствами — и золота, из которого создана метаповерхность.
«Мы хотим увеличить количество слоев полупроводника и собрать гетероструктуру. Такие светоизлучающие элементы отличаются увеличенным временем жизни возбужденных состояний и обладают новыми степенями свободы, в которых можно хранить оптические состояния. Потенциально это позволит создать сверхкомпактные устройства для одновременного детектирования, обработки и передачи оптической информации».
Василий Кравцов, ведущий научный сотрудник Нового физтеха
Метаповерхности представляют собой искусственные структуры из наночастиц, способные особым образом взаимодействовать со светом. Российские ученые сформировали в золотой пленке систему щелей, генерирующих коллективные колебания электронов. Это усиливает излучение полупроводника, повышая его эффективность.
Благодаря такой комбинации материалов яркость свечения удалось увеличить в 1600 раз, а толщина всего элемента составила всего 30 нанометров — в сотни раз тоньше человеческого волоса. В будущем эта технология может быть использована для создания сверхъярких и долговечных дисплеев, а также в квантовой связи, системах хранения данных и других областях физики.