Badacze z Instytutu Wysokich Ciśnień PAN opracowali diody, które emitują światło niezależnie od kierunku przepływu prądu przez urządzenie – bezpośrednio z prądu przemiennego (AC), a nie tylko ze stałego (DC).

Jest to niestandardowe rozwiązanie w strukturach optoelektronicznych, które otwiera drogę do oszczędniejszych emiterów światła. Może także służyć jako narzędzie badawcze pozwalające w lepszym zrozumieniu fizyki działania urządzeń.

Polski zespół naukowców z Instytutu Wysokich Ciśnień PAN w Warszawie zaprezentował właśnie dowód na to, że da się opracować diodę z azotku galu o symetrycznej budowie. W ich rozwiązaniu obszar aktywny otoczony jest przez warstwy, które z obu stron mogą dostarczać zarówno elektrony i dziury. Chodzi o złącza tunelowe, w których dzięki tzw. efektowi tunelowemu elektrony mogą być transportowane z pasma walencyjnego półprzewodnika typu p przez wąską barierę potencjału elektrycznego do pasma przewodnictwa półprzewodnika typu n. Badacze zastosowali metodę epitaksji z wiązek molekularnych, aby zademonstrować struktury półprzewodnikowe dwukierunkowych diod LED.

Swoje badania opublikowali w prestiżowym czasopiśmie „Nature Communications”, a ich artykuł został dodatkowo wyróżniony przez zespół edytorów czasopisma.

Diody dwukierunkowe z azotku galu, nad którymi pracują Polacy, są w stanie emitować światło od fioletu do zieleni. “Z takich diod będzie można uzyskać światło białe, potrzebne w oświetleniu” – komentuje Mikołaj Żak. Zanim pomysł trafi na rynek wymaga jeszcze dopracowania. Na te badania doktorant Mikołaj Żak dostał właśnie grant z Narodowego Centrum Nauki (NCN). Na razie prototyp urządzenia świeci mocniej, kiedy prąd płynie w jedną stronę i mniej intensywnie, gdy płynie w drugą. Polski zespół ma już jednak pomysł, jak zniwelować tę różnicę. Będą również pracować nad tym, by diody były w stanie pracować przy wysokich napięciach, tak aby zbliżyć się do napięcia w sieci elektrycznej.

Naukowcy mają nadzieję, że dzięki ich pracy przede wszystkim uda się skonstruować bardziej energooszczędne diody, ale nie mniej ważne jest to, że wynalazek ten pozwoli lepiej zrozumieć działanie standardowych diod LED. Mikołaj Żak podkreśla, że rozwiązanie, które opracowali, będzie swego rodzaju platformą badawczą, która pomoże w lepszym zrozumieniu mechanizmów transportu i rekombinacji elektronów i dziur, tak aby zwiększyć wydajność półprzewodnikowych emiterów światła o różnej konstrukcji.

“Poskładaliśmy znane już dotąd klocki w zupełnie nowy sposób. Pokazujemy, że diodę LED można zbudować inaczej niż do tej pory niż o tym uczą w podręcznikach. W naszym projekcie wykorzystaliśmy złącza tunelowe w niekonwencjonalny sposób. A to otwiera drogę do konstruowania nowych urządzeń zasilanych niezależnie od kierunku przepływu prądu” – podsumowuje Mikołaj Żak.

Źródło: PAP – Nauka w Polsce, Ludwika Tomala