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原子级薄的发光装置为隐形显示器提供了可能性

2019-03-09 17:39:24来源:

加州大学伯克利分校的工程师已经建立了一个明亮的发光装置,其宽度为毫米,并在关闭时完全透明。该器件中的发光材料是单层半导体,其厚度仅为三个原子。

据研究人员称,该装置打开了通往墙壁和窗户上隐形显示器的大门 - 显示器在打开时会很亮,但在关闭时会看到透明效果 - 或者在发光纹身这样的未来应用中。

“这些材料非常薄而且有弹性,可以使设备透明,并且可以与弯曲表面保持一致,”加州大学伯克利分校的博士后研究员Der-Hsien Lien说道,他是Matin Amani和Sujay Desai的共同第一作者。伯克利电气工程与计算机科学系博士生。

该装置是在伯克利电气工程和计算机科学教授Ali Javey的实验室中开发的。2015年,Javey的实验室在“ 科学 ”杂志上发表了研究成果称,单层半导体能够发出强光,但却没有建立发光器件。Nature Communications的新作品克服了在单层半导体上利用LED技术的基本障碍,允许这种设备从小于人类头发宽度的尺寸缩放到几毫米。这意味着研究人员可以保持较小的厚度,但使横向尺寸(宽度和长度)变大,以便光强度可以很高。

商用LED由半导体材料组成,该半导体材料电注入正电荷和负电荷,当它们相遇时产生光。通常,在基于半导体的发光器件中使用两个接触点; 一个用于注入带负电的粒子,一个用于注入带正电的粒子。制造能够有效注入这些电荷的接触是LED的一个基本挑战,对于单层半导体来说尤其具有挑战性,因为可以使用的材料非常少。

伯克利研究团队设计了一种方法,通过设计一种只需要半导体接触的新器件来规避这一挑战。通过将半导体单层铺设在绝缘体上并将电极放置在单层和绝缘体下面,研究人员可以在绝缘体上施加交流信号。在AC信号将其极性从正切换为负(反之亦然)的时刻,正电荷和负电荷同时存在于半导体中,从而产生光。

研究人员表明,这种机制适用于四种不同的单层材料,所有这些材料都发出不同颜色的光。

该设备是一种概念验证,并且仍然有许多研究,主要是为了提高效率。测量该设备的效率并不简单,但研究人员认为它的效率约为1%。商用LED的效率约为25%至30%。

该概念可以适用于其他设备和其他类型的材料,该设备有朝一日可以在许多领域中具有应用,其中保证具有不可见的显示器。这可能是一个原子级薄的显示器,印在墙上甚至是人体皮肤上。

“还有许多工作要做,需要克服一些挑战,以进一步推动技术的实际应用,”Javey说。“然而,这是向前迈出的一步,它提出了一种器件架构,可以将两种电荷轻松注入单层半导体中。”