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《科学进展》杂志8月14日报道 ， 美国国家标准与技术研究所（NIST）、马里兰大学和伦斯勒理工学院等开发了一种新型发光二极管（LED） ， 有望突破长期存在的光源效率限制 。 研究人员经演示实验后发现 ， 新型LED的亮度是传统亚微米级LED的100~1000倍 ， 并且具备产生激光的能力 。 这些特性在规模化和小型化应用中具备潜在应用价值 。
NIST研究人员Babak Nikoobakht说：“这是制造LED的新架构 。 虽然我们使用的材料与传统LED装置相同 ， 但对它们的形状进行了改进 。 ”
【纳米|纳米级LED克服“效率降低”难题，还能发射激光】虽然LED装置开启了照明新时代 ， 但即便是现在使用的LED设备 ， 也有它的局限性：在一定程度上 ， 增加LED的电量会使其发出的光更明亮 。 然而 ， 亮度很快就会降低 ， 使LED的效率变得非常低 。 “效率降低”问题限制了LED在通信技术、杀毒等多个领域的应用 。
Nikoobakht等设计的新型LED装置克服了效率降低问题 ， 但这完全是意外之喜——他们的主要目标只是制造一种微型LED ， 以满足芯片实验室技术的需求 。
与传统LED使用的平面设计不同 ， 研究人员在新LED中引入了氧化锌翅片 。 翅片阵列看起来就像一把小梳子 ， 并可以向1厘米以外区域延伸 。
Nikoobakht解释说：“我们从翅片结构上看到了希望 ， 因为它们细长的形状和较宽的侧面或许能够接收更多电流 。 一开始 ， 我们只是想测试一下新架构能承受多高的电流 ， 结果却发现它变得越来越亮 。 ”
新LED能发射出紫光至紫外光的明亮光线 ， 产生的功率是一般小型LED的成百上千倍 。 Nikoobakht说：“这是一个重要的基础性发现 。 面积约1平方微米的LED ， 发光功率约为22纳瓦 ， 而新LED能产生高达20微瓦的功率 。 ”
在实验过程中 ， 研究人员还取得了另一个惊人的发现：虽然新LED最初是在一定波长范围内发光 ， 但它相对较宽的发射光范围最终缩小为两个波长的强烈紫光 。 这说明 ， 新LED装置变成了微型激光器 。
Nikoobakht说：“将LED转换为激光非常不容易 。 它需要将LED与谐振腔耦合 ， 使光在腔内反射 。 翅片结构让新LED能够独立完成整个工作 ， 无需再依托谐振腔 。 ”
微型激光器在化学传感、便携式通信产品、高清显示器和芯片级设备等方面 ， 都有重要应用价值 。 Nikoobakht说：“新型LED装置有可能成为未来应用的关键组成部分之一 。 它能发出明亮的激光 ， 并且效率不会降低 。 ”
科界原创
编译：雷鑫宇
审稿：西莫
责编：张梦
期刊来源：《科学进展》
期刊编号：2375-2548
原文链接：
https://phys.org/news/2020-08-bright-tiny-scientists-nanoscale.html
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标题：纳米|纳米级LED克服“效率降低”难题，还能发射激光