KTU Matematikos ir gamtos mokslo fakulteto profesorius Audrius Alkauskas bendru JAV ir Lietuvos tyrimu atskleidė, kaip didinti šviesos diodų efektyvumą

Lietuvos mokslininkas, fizikos mokslų daktaras Audrius Alkauskas, dirbantis Kauno technologijos universiteto (KTU) Matematikos ir gamtos mokslų fakultete, prisidėjo prie svarbaus šviesos diodų efektyvumo tyrimo ir kartu su Kalifornijos universiteto Santa Barbaroje (UCSB) mokslininkais, vadovaujamais prof. Chris Van de Walle, naudojant šiuolaikinius teorinius metodus, nustatė tam tikrus defektus, esančius šviesos diodų (LED’ų) atominėje struktūroje, darančius įtaką  šių prietaisų našumo kritimui.

„Mūsų naudojami nauji teoriniai metodai gali įvertinti, kokie konkretūs defektai yra LED’us sudarančiose medžiagose ir kaip galima pagerinti šių labai svarbių prietaisų našumą“,– darbo svarbą  spaudos pranešime, viešintame  JAV internetiniuose mokslo portaluose, aiškina C. Van de Walle.

Puslaidininkiniai šviestukai, iš esmės, yra patys efektyviausi žinomi šviesos šaltiniai, tačiau kol kas jų našumas gerokai mažesnis nei leistina teorinė riba.

„LED’uose elektronai yra injektuojami iš vienos prietaiso pusės, skylės – iš kitos“, – toliau aiškina Van de Walle, – „šviesa atsiranda, kai elektronas, keliaujantis per kristalą (šiuo atveju galio nitrido pagrindu pagamintą medžiagą) susitinka skylutę (elektronų nebuvimą). Elektronui perėjus į žemesnės energijos būseną išspinduliuojamas fotonas – šviesos kvantas.“

Tačiau kartais, kai krūvininkai susitinka, šviesa negeneruojama. Tai atsitinka dėl taip vadinamos nespindulinės ShockleyReadHall (SRH) rekombinacijos. Pasak mokslininkų, krūvininkai yra pagaunami gardelės defektuose, kur jie rekombinuoja, bet neskleidžia šviesos.

Nustatyti konkretūs defektai yra galio vakansijų kompleksai su deguonimi ir vandeniliu. „Šie defektai anksčiau buvo stebėti nitridiniuose puslaidininkiuose, tačiau iki šiol jų neigiamas poveikis nebuvo suprantamas“, – paaiškino pagrindinis darbo autorius dr. Cyrus Dreyer, atlikęs daugumą teorinių skaičiavimų.

„Šių tyrimų sėkmę lėmė du dalykai: intuicija apie taškinius defektus, kurią mūsų grupei pavyko sukaupti per daugelį metų, ir naujausių teorinių metodų panaudojimas“,– sako Van de Walle. Mokslininkas taip pat pabrėžia labai svarbų Audriaus Alkausko, išvysčiusio krūvininkų nespindulinės pagavos skaičiavimų metodiką, indėlį: „Ši metodika leis ateityje nustatyti kitus defektus ir mechanizmus, prisidedančius prie SRH rekombinacijos“.

Straipsnis, kuriame paskelbti šie rezultatai, publikuotas balandžio 4 d. žurnale Applied Physics Letters [APL 108, 141101 (2016)]. Straipsnio rezultatus vaizduojantis paveikslas pasirodė ant žurnalo viršelio. JAV mokslininkus finansavo JAV Energetikos departamentas (DOE). Audriaus Alkausko tyrimus rėmė Europos Sąjunga per Marie Sklodowska-Curie programą. Straipsnį galite skaityti čia: http://dx.doi.org/10.1063/1.4942674.

Parengta pagal: http://phys.org/news/201604rsearchersspecificdefectsdiodesefficient.html

PAVEIKSLAS. Iliustracija, kaip kristalinės gardelės defektai gali nulemti nespindulinę elektronų ir skylių rekombinaciją šviesos dioduose.

Autorius: Peter Allen (Kalifornijos universitetas Santa Barbaroje).