Ярче и дольше: в Сибири «облагородили» светодиоды

Исследователи из Хакасского государственного университета имени Н. Ф. Катанова (ХГУ) показали, что добавление плазмонных наночастиц серебра значительно повышает характеристики любых светодиодов — полупроводниковых устройств, преобразующих электрическую энергию в световую. Работа ученых опубликована в журнале «Фундаментальные проблемы современного материаловедения».

Плазмонные наночастицы отличаются от обычных отсутствием внутреннего строения, характерного для объемной формы вещества. Получить такие частицы серебра можно, разрушив решетку обычной частицы диаметром менее двух нанометров за счет нагрева до плавления, а затем резко остудив ее. В итоге небольшого нагрева получаются плазмонные частицы с заданными параметрами симметрии, влияющими на величину рассеяния и поглощения световой волны.

Исследователи внедрили наноструктуры в светодиод, активировав в них эффект поверхностного плазмонного резонанса (ППР) — усиления электромагнитного излучения на границе между благородным металлом и диэлектриком. Свет, попадая на стык наночастицы серебра с непроводящим материалом, отражается с кратно возрастающей интенсивностью.

Интенсивность ППР зависит от многих факторов, главные из которых — форма и размер плазмонной наночастицы. Серебро лучше других материалов подходит для этой роли, так как оно дешевле других благородных металлов и его структуру легче задать. Наибольший эффект, отмечает один из исследователей, заведующий лабораторией «Нанофизика» ХГУ профессор Юрий Гафнер, дают высокосимметричные фигуры — кубы, октаэдры и так далее, вплоть до «нанозвезд» с большим количеством острых «лучей». Чем больше острых углов у фигуры, тем выше в итоге светимость материала.

По словам Гафнера, исследователям удалось показать, что поверхностный плазмонный резонанс может не только существенно увеличить время жизни светодиода, но и многократно повысить его световую эффективность.