新的設(shè)計(jì)策略照亮了鈣鈦礦基發(fā)光二極管的未來

東京工業(yè)大學(xué)的科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了一種新的策略，即通過利用量子限制效應(yīng)來設(shè)計(jì)出令人難以置信的高效鈣鈦礦型LED，并具有創(chuàng)紀(jì)錄的亮度。

多年來，已經(jīng)開發(fā)了幾種用于發(fā)電的技術(shù)。當(dāng)施加電流時(shí)可以發(fā)光的裝置稱為電致發(fā)光裝置，其效率已經(jīng)比傳統(tǒng)的白熾燈泡高了幾個(gè)數(shù)量級。發(fā)光二極管(LED)構(gòu)成了這些設(shè)備中最引人注目的和最普遍的類別。如今，存在無數(shù)種不同類型的LED，這是由于我們對量子力學(xué)，固態(tài)物理學(xué)以及使用替代材料的理解的進(jìn)步而成為可能。

電致發(fā)光器件由幾層組成，最重要的是發(fā)光層(EML)，該發(fā)光層響應(yīng)于電流而發(fā)光?；瘜W(xué)鹵代鈣鈦礦，化學(xué)式為CsPbX3(X = I，Br，Cl)，最近被認(rèn)為是制造EML的有前途的材料。然而，與通常用于設(shè)計(jì)電視和智能手機(jī)顯示器的有機(jī)LED相比，當(dāng)前的鈣鈦礦基LED(PeLED)的性能較差。幾位研究人員建議使用低維(即發(fā)光結(jié)構(gòu)單元在平面上或在晶體結(jié)構(gòu)中線性連接的)鈣鈦礦制造PeLED，該鈣鈦礦可基于激子的量子限制效應(yīng)提供改善的發(fā)光性能。激子是有效發(fā)射光子的電子-空穴對。然而，

有趣的是，正如東京工業(yè)大學(xué)的英野英郎教授帶領(lǐng)的一組研究人員所發(fā)現(xiàn)的那樣，可以使用具有優(yōu)異的電子和空穴遷移率的三維(3D)鈣鈦礦來設(shè)計(jì)高效的PeLED。解決了低維鈣鈦礦的局限性。該團(tuán)隊(duì)研究了在3D材料中是否可以實(shí)現(xiàn)在低維材料中使用與鈣鈦礦相鄰的新電子傳輸層發(fā)生的量子限制效應(yīng)，并產(chǎn)生有吸引力的發(fā)光特性。在電致發(fā)光器件中，EML夾在兩層之間：電子傳輸層和空穴傳輸層。這兩層在確保設(shè)備良好的導(dǎo)電性能方面起著關(guān)鍵作用。

通過調(diào)整PeLED中電子和空穴傳輸層的特性，該團(tuán)隊(duì)可以通過確保激子保持在發(fā)射層中來防止上述效應(yīng)。Hosono解釋說：“如果電子/空穴傳輸層的能級足以進(jìn)行激子限制，則從某種意義上說，整個(gè)器件結(jié)構(gòu)可以看作是按比例放大的低維材料。” 該團(tuán)隊(duì)報(bào)告了3D PeLED在高亮度，電源效率和低工作電壓方面具有創(chuàng)紀(jì)錄的性能。

除了這些實(shí)際的實(shí)際成就外，本研究還揭示了材料的激子相關(guān)特性如何受到相鄰層的影響，并提供了可以在光學(xué)器件開發(fā)中容易利用的策略。Hosono總結(jié)說：“我們相信這項(xiàng)研究為實(shí)現(xiàn)實(shí)際的PeLED提供了新的見識(shí)。” 隨著發(fā)光材料的如此有趣的進(jìn)步，似乎(從字面上)更光明的未來正在等待。