IBM: нанотрубка как источник света

Исследователи IBM Corp. представили метод электронного контроля спектра, распределения и эффективности светоизлучающих нанотрубок (light-emitting nanotubes, LEN). Ранее были показаны кремниевые оптические волноводы и высокоэффективная электролюминесценция LEN, сравнимая с LED. Теперь LEN помещены внутрь оптического волновода для достижения направленной поверхностной эмиссии, избирательности длины волны и высокой эффективности.

Как и большинство излучающих свет источников, нанотрубки выделяют свет во всех направлениях. Изначально спектр был довольно широким, а эффективность мала, говорят исследователи. Для решения этой проблемы распределение света было сделано совместимым с оптическим фильтрами и передающими устройствами. Спектр контролируется оптической полостью, согласно предложенной учеными теории.

IBM достигла поверхностной эмиссии объединением полевого транзистора на нанотрубках с парой металлических зеркал, нанотрубка располагается между зеркалами и лежит на кремниевом чипе. Нижнее зеркало выполнено из серебра, верхнее полузеркало — из золота. Свет излучается нанотрубкой в полость, которая заполнена прозрачным диэлектриком. Эмиссия ограничена оптической полостью с двумя зеркалами так, что свет формирует стоячую волну между зеркалами. Для формирования полостей используется литография, что приводит к значительному улучшению — ограничение спектра до 10% дает повышение эффективности на 400%.

Нанотрубки имеют различные диаметры и, соответственно, ширину запрещенной зоны, что вызывает излучение света на разных частотах. Однако, интегрируя нанотрубку в полость, физическое помещение в структуру устраняет нежелательные частоты и решает проблему разности диаметров. IBM представила два метода световой эмиссии в нанотрубках. Первый вводит барьеры Шоттки в оба конца, тогда на одном из них скапливаются электроны, а на другом — дырки. По другому методу, вводят экситоны с одной стороны нанотрубки.

Компания также предложила теорию того, как тепло отводит энергию от процесса люминесценции, снижая эффективность LEN. Существуют два вида эмиссии объекта, излучающий и неизлучающий. Именно последний теряет энергию через тепло. Излучающая эмиссия всегда считалась постоянным свойством материала, но, как и проквантованный материал, фотоны также являются частью поля, которое имеет квантуемые состояния. Эмиссия происходит из-за взаимодействия этих двух полей. С помощью электрического поля возможно изменить электронную структуру нанотрубок таким образом, что теплота не будет выделяться, говорят ученые.

Кроме повышения эффективности будущих устройств путем устранения выделения теплоты исследователи планируют провести ряд опытов для выстраивания нанотрубок в сверхструктуру. Это позволит в будущем изготавливать LEN на кремниевых фотонных чипах.

3dnews.ru