Новый подход к созданию светодиодов предложили ученые Хакасского государственного университета им. Н.Ф.Катанова (ХГУ) – участника научно-образовательного центра мирового уровня «Енисейская Сибирь». По их словам, полученные фундаментальные данные позволят увеличить срок службы и повысить рабочие характеристики экранов, осветительных приборов и ряда других устройств. Результаты опубликованы в журнале «Фундаментальные проблемы современного материаловедения».

Светодиоды – полупроводниковые устройства, преобразующие электрическую энергию в световую. Сегодня светодиоды являются ключевым элементом экранов, осветительных приборов и целого ряда других систем.

Ученые показали, что добавление наночастиц серебра, синтезированных особым методом, значительно повысит характеристики светодиодов любых типов.

Предложенные наночастицы со специальной геометрией, как объяснили ученые, активируют в светодиодах эффект поверхностного плазмонного резонанса (ППР). Это явление заключается в усилении электромагнитного излучения на границе между благородным металлом и диэлектриком: свет, попадающий на стык частицы серебра или золота с непроводящим материалом, отражается с кратно возрастающей интенсивностью.

«Наша работа показала, что поверхностный плазмонный резонанс может не только существенно увеличить время жизни светодиода, но и многократно повысить его световую эффективность. Для достижения этих эффектов в светодиод нужно внедрить золотые или серебряные наноструктуры, имеющие различные сложные типы симметрии», – пояснил заведующий лабораторией «Нанофизика» ХГУ профессор Юрий Гафнер.

Интенсивность ППР зависит от многих факторов, главные из которых – форма и размер плазмонной наночастицы, объяснили ученые. По их словам, серебро является наиболее подходящим материалом для создания таких частиц, так как оно дешевле других благородных металлов и проще поддается наноструктурированию.

«Варьируя размеры, форму и внутреннее строение плазмонной частицы, можно добиться большого прогресса как в усовершенствовании существующих вариантов светодиодов, так и в создании новых. Для того чтобы определить наиболее выгодную геометрию и структуру, мы использовали методы молекулярной динамики», – отметил Гафнер.

Плазмонные наночастицы, как объяснили ученые, отличаются от обычных наночастиц отсутствием внутреннего строения, характерного для объемной формы вещества.

Для получения плазмонного наносеребра, по словам специалистов, необходимо разрушить кристаллическую решетку обычной частицы диаметром менее двух нанометров за счет нагрева до плавления, а затем резко остудить ее. Небольшой нагрев полученной структуры в свою очередь позволяет получить плазмонные частицы с заданными параметрами симметрии. Эта методика синтеза была разработана и применена учеными НОЦ, по их словам, впервые в мире.

«Симметрия частиц влияет на величину рассеяния и поглощения световой волны. Наибольший эффект дают высокосимметричные фигуры – кубы, октаэдры и так далее, вплоть до „нанозвезд“ с большим количеством острых „лучей“. Максимально возможное количество острых углов фигуры обеспечивает высокий сток электронов, дающий увеличение светимости», – объяснил Гафнер.

Исследование специалистов НОЦ «Енисейская Сибирь», по их словам, носит фундаментальный характер. Как сообщили ученые, экспериментальная проверка и внедрение в технологический процесс полученных данных уже ведется на базе ряда вузов, например в Национальном исследовательском университете «МИЭТ».

Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда, грант № 23-12-20003.

Деятельность научно-образовательного центра «Енисейская Сибирь», созданного на базе Сибирского федерального университета по инициативе Красноярского края, республик Хакасия и Тыва, направлена на улучшение экологической ситуации в России и декарбонизацию промышленности. В НОЦ входят девять университетов, пять научно-исследовательских институтов и 14 промышленных предприятий.

Источник: https://ria.ru/20230718/nauka-1884703731.html