Физики из МФТИ открыли «невозможный» эффект в полупроводниках

//Физики из МФТИ открыли «невозможный» эффект в полупроводниках

Физики из МФТИ открыли «невозможный» эффект в полупроводниках

Spread the love

Физики из МФТИ открыли "невозможный" эффект в полупроводниках

Ученые из России обнаружили, что один из эффектов, используемых при создании лазеров и светодиодов, может работать в «чистых» полупроводниках, что раньше считалось невозможным. Это позволит удешевить их и сделать более мощными, говорится в статье, опубликованной в журнале Semiconductor Science and Technology.

"Если в случае кремния и германия для этого требуются криогенные температуры, что ставит под вопрос ценность этого эффекта, то в таких материалах, как алмаз и нитрид галлия он может наблюдаться уже при комнатной температуре. Это означает, что данный эффект можно использовать в создании устройств для массового рынка", — рассказывает Дмитрий Федянин из Московского физико-технического института в Долгопрудном.

Команда Федянина уже несколько лет работает над созданием принципиально новых источников частиц света, изучая различные «экзотические» материалы, которые крайне редко применяются при изготовлении светодиодов и других излучателей, или не применяются для таких целей вообще.

К примеру, год назад им удалось превратить алмазы, содержащие в себе примеси атомов других элементов, в своеобразные «фотонные револьверы», способные испускать одиночные частицы света при комнатной температуре. Год назад они превратили материал, применяемый для производства наждачной бумаги, для создания сверхбыстрых лазеров, пригодных для создания сверхбыстрого интернета.

Недавно Федянин и его коллега Игорь Храмцов открыли еще один любопытный эффект, делающий алмазы одним из самых перспективных материалов для создания дешевых, компактных или просто очень мощных полупроводниковых лазеров.

Дело в том, что широкому проникновению алмазов и других «чистых» полупроводников в производство лазеров и светодиодов мешает то, что внутри них присутствует достаточно мало электронов и «дырок», областей с положительным зарядом, чьи взаимодействия порождают частицы света.

Эту проблему, как показали советские и немецкие физики еще полвека назад, можно решить, если использовать не один тип подобных материалов, а своеобразный «сэндвич» из нескольких полупроводников со специально подобранными свойствами. Их взаимодействия приведут к тому, что концентрация одного из типа носителей зарядов в центре «бутерброда» или на границах между его слоями вырастет на несколько порядков.

Этот феномен, который позже получил название «суперинжекция», сегодня повсеместно используется для создания полупроводниковых лазеров, применяемых при создании всех современных электронных гаджетов. Ученые считали, что он возникает только при взаимодействиях полупроводников, имеющих разный состав.

Это не позволяло создавать мощные твердотельные лазеры на базе «чистого» кремния и других материалов, используемых при «печати» микросхем. Российские исследователи показали, что это не так, просчитав поведение электронов и «дырок» внутри «бутерброда» из алмазных пластинок, насыщенных разными типами примесей.

Оказалось, что при достаточно большом числе «слоев» в этой конструкции и правильно подобной их ширине возникает эффект, аналогичный суперинжекции. В результате этого концентрация электронов внутри этого «сэндвича» стала примерно в 10 тысяч выше, чем считалось возможным в прошлом. При этом алмазы не только не уступают «обычным» многослойным светодиодам и лазерам, но и превосходит их в этом отношении почти в сто раз.

Как отмечает пресс-служба МФТИ, это открытие позволяет создавать ультрафиолетовые светодиоды, которые будут в тысячи раз ярче, чем предсказывали самые оптимистичные теоретические расчеты. Их можно будет собирать не только из алмазов, но и других «простых» сверхпроводников со схожими свойствами, что значительно удешевит их или сделает более мощными.
Источник

By |2019-04-01T11:46:10+00:00Апрель 1st, 2019|Categories: Наука|0 Comments

About the Author:

Leave A Comment