वियना प्रौद्योगिकी विश्वविद्यालय (टीयू वीन) की एक शोध टीम ने एक नई तरह की एलईडी विकसित की, जो बेहद पतली परतों में एक्सिटोन कॉम्प्लेक्स के विकिरण क्षय से प्रकाश उत्पन्न करती है।
शोधकर्ताओं ने टंगस्टन और सेलेनियम या सल्फर से बने पदार्थों की बेहद पतली परतों में विद्युत दालों को लागू करके उन्हें "मल्टी-कण एक्सिटोन कॉम्प्लेक्स" के रूप में कहा जाता है। ये एक्सिटॉन क्लस्टर्स बॉन्डिंग स्टेट्स हैं जो सामग्री में इलेक्ट्रॉनों और "होल" से बने होते हैं और इन्हें प्रकाश में परिवर्तित किया जा सकता है। परिणाम प्रकाश उत्सर्जक डायोड का एक अभिनव रूप है जिसमें वांछित प्रकाश की तरंग दैर्ध्य को उच्च परिशुद्धता के साथ नियंत्रित किया जा सकता है। यह खोज "नेचर कम्युनिकेशंस" पत्रिका में प्रकाशित हुई थी।
(अदा मोलिना मेंडोज़ा, मथायस पौर, थॉमस मुलर; छवि: टीयू वीन)
इलेक्ट्रॉन और छेद
एक अर्धचालक सामग्री में, विद्युत चार्ज को दो अलग-अलग तरीकों से ले जाया जा सकता है। एक तरफ, इलेक्ट्रॉन परमाणु से परमाणु तक की सामग्री के माध्यम से सीधे आगे बढ़ सकते हैं जिस स्थिति में वे उनके साथ नकारात्मक चार्ज लेते हैं। दूसरी ओर, अगर अर्धचालक में एक इलेक्ट्रॉन कहीं गायब है तो उस बिंदु को सकारात्मक रूप से चार्ज किया जाएगा और इसे "छेद" के रूप में संदर्भित किया जाएगा। यदि एक इलेक्ट्रॉन एक पड़ोसी परमाणु से ऊपर जाता है और छेद को भरता है, तो यह बदले में अपनी पिछली स्थिति में एक छेद छोड़ देता है। इस तरह, छेद सामग्री के माध्यम से इलेक्ट्रॉनों के समान तरीके से आगे बढ़ सकते हैं लेकिन विपरीत दिशा में।
"कुछ परिस्थितियों में, छेद और इलेक्ट्रॉन एक-दूसरे से बंध सकते हैं," टीयू वेन में फोटोनिक्स इंस्टीट्यूट (इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग और सूचना प्रौद्योगिकी के संकाय) से थॉमस म्यूलर ने कहा। "कैसे एक इलेक्ट्रॉन हाइड्रोजन परमाणु में धनात्मक आवेशित परमाणु नाभिक की परिक्रमा करता है, एक इलेक्ट्रॉन एक ठोस वस्तु में धनात्मक आवेशित छिद्र की परिक्रमा कर सकता है।"
ट्राइंग, बाइफिकिटोन या क्विंटन के साथ कॉम्प्लेक्स बॉन्डिंग स्टेट्स जिसमें तीन, चार या पांच बॉन्डिंग पार्टनर शामिल हैं, भी संभव है। "उदाहरण के लिए, biexciton हाइड्रोजन अणु H2 के बराबर एक्साइटन है," थॉमस मुलर ने समझाया।
(छवि: टीयू वीन)
दो आयामी परतों
अधिकांश ठोस पदार्थों में, इस तरह के संबंध केवल बेहद कम तापमान पर ही संभव हैं। हालांकि स्थिति तथाकथित "दो आयामी सामग्री" के साथ अलग है, जिसमें केवल परमाणु-पतली परतें शामिल हैं। टीयू वीन की टीम, जिसके सदस्यों में मथायस पौर और अडे मोलिना-मेंडोज़ा भी शामिल हैं, ने चतुराई से डिज़ाइन की गई सैंडविच संरचना बनाई है जिसमें टंगस्टन डिसेलेनाइड या टंगस्टन डिसल्फ़ाइड की एक पतली परत को दो बोरान नाइट्राइड परतों के बीच बंद किया गया है। ग्रेफीन इलेक्ट्रोड की मदद से इस अल्ट्रा-पतली परत प्रणाली पर एक विद्युत आवेश लगाया जा सकता है।
“पारंपरिक सोलिड्स की तुलना में दो आयामी लेयर्ड सिस्टम में एक्साइटन्स में बहुत अधिक बॉन्डिंग ऊर्जा होती है और इसलिए यह बहुत अधिक स्थिर होती है। इलेक्ट्रॉनों और छिद्रों से युक्त सरल संबंध अवस्थाओं को कमरे के तापमान पर भी प्रदर्शित किया जा सकता है। थॉमस म्यूएलर ने बताया, "कम तापमान पर बड़े, जटिल परिसरों का पता लगाया जा सकता है।" शॉर्ट वोल्टेज दालों का उपयोग करके विद्युत ऊर्जा के साथ सिस्टम की आपूर्ति कैसे की जाती है, इसके आधार पर विभिन्न एक्साइटन्स कॉम्प्लेक्स का उत्पादन किया जा सकता है। जब ये कॉम्प्लेक्स क्षय हो जाते हैं, तो वे प्रकाश के रूप में ऊर्जा छोड़ते हैं जो कि नई विकसित परत प्रणाली है जो प्रकाश उत्सर्जक डायोड के रूप में काम करती है।
"हमारे चमकदार परत प्रणाली न केवल excitons का अध्ययन करने के लिए एक महान अवसर का प्रतिनिधित्व करती है, बल्कि एक नवीन प्रकाश स्रोत भी है," अध्ययन के प्रमुख लेखक मथायस पौर कहते हैं। "इसलिए अब हमारे पास एक प्रकाश उत्सर्जक डायोड है जिसकी तरंगदैर्ध्य विशेष रूप से प्रभावित हो सकती है - और बहुत आसानी से भी, बस लागू विद्युत पल्स के आकार को बदलने के माध्यम से।"
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