Ne platesni nei žmogaus plaukas šviesos diodai netrukus galėtų atlikti darbus, kuriuos tradiciškai atlikdavo lazeriai – nuo duomenų perdavimo serveriuose iki naujos kartos ekranų maitinimo. Naujas tyrimas, kurio bendraautoris yra Kalifornijos universiteto Santa Barbaroje doktorantas Roarkas Chao, nurodo praktinį kelią į priekį. Tyrimas paskelbtas žurnale „Optics Express“.
„Kalbame apie įrenginius, kurie yra tiesiogine prasme plauko folikulės dydžio“, – sakė Chao, studijuojantis elektrotechniką. „Jei pavyks suprojektuoti, kaip sklinda šviesa, tie mikrošviesos diodai gali pradėti keisti lazerius trumpųjų nuotolių duomenų perdavime.“
Šis darbas remiasi ilgalaikiais UCSB privalumais galio nitrido tyrimuose ir optoelektronikoje. Chao konsultuoja tyrimo bendraautoriai Stevenas P. DenBaarsas ir Jonas A. Schulleris, taip pat Nobelio premijos laureatas Shuji Nakamura, kurio novatoriškas darbas su mėlynaisiais šviesos diodais pakeitė pasaulines apšvietimo ir ekranų technologijas. Tyrimas buvo atliktas „DenBaars“ / „Nakamura“ ir Schullerio grupių laboratorijose, kuriose komandos daugiausia dėmesio skiria galio nitrido medžiagų kūrimui ir nanoskalių fotonikai.
Tyrime demonstruojamas naujas mikrošviesos diodų (microLED) dizainas, kuris pagerina tiek efektyvumą, tiek spindulio kryptingumą. Šoniniu būdu apgaubdami spinduliavimo sritį paskirstytais Brago reflektoriais, tyrėjai pasiekė maždaug 20 % didesnį optinį išvestį per oro pusės emisiją, daugiau nei 130 % didesnį išvestį per substrato pusę ir maždaug 30 % mažesnį spindulio sklaidą, palyginti su etaloniniais įtaisais.
Perprojektuoti mikroLED ne tik tiksliau nukreipia šviesą, bet ir pasižymi žymiai didesniu efektyvumu. Komanda pastebėjo maždaug 35 % didesnį elektros energijos efektyvumą, o tai reiškia, kad įrenginiai, palyginti su įprastais microLED modeliais, žymiai daugiau iš tinklo gaunamos energijos paverčia tinkama naudoti šviesa.
MicroLED – paprastai 100 mikronų pločio ar mažesni – tampa perspektyvia alternatyva lazeriams trumpojo nuotolio optiniams ryšiams, ypač duomenų centruose, kur nuolatiniai iššūkiai yra šiluma, patikimumas ir energijos suvartojimas.
„Svarbiausia lazerių problema yra ta, kad jie pradeda susidurti su terminėmis problemomis esant santykinai žemai temperatūrai“, – sakė Chao. „MicroLED gali būti daug karštesni, nereikalaujant sudėtingo aušinimo. Tai reiškia mažiau pakeitimų, mažesnes išlaidas ir didesnį lankstumą duomenų centruose.“
Plečiantis debesų kompiuterijai ir dirbtiniam intelektui, duomenų centrai turi greitai ir efektyviai perduoti didžiulius informacijos kiekius. Net ir laipsniškas šviesos šaltinių tobulinimas gali turėti didelį ekonominį poveikį.
„MicroLED žavi tuo, kad jie siūlo kelis sprendimus viename pakete“, – sakė Chao. „Jie gali pagerinti duomenų perdavimą, įgalinti ryškesnius ir plonesnius ekranus – visa tai naudojant tą pačią pagrindinę technologiją.“
Chao pradėjo dirbti UCSB 2020 m., studijuodamas elektrotechniką, o vėliau tęsė doktorantūros studijas. Jis teigia, kad universiteto integruota tyrimų infrastruktūra – nuo medžiagų augimo iki nanogamybos ir įrenginių testavimo – paspartino jo darbą.
„Galima modeliuoti dizainą, auginti kristalą, pagaminti įrenginį ir jį išbandyti – visa tai universiteto miestelyje“, – sakė Chao. „Šis greitis nuo idėjos iki eksperimento yra tai, kas daro šią vietą galingą.“
Roark Chao et al, Enhanced emission efficiency and directionality in InGaN/GaN microLEDs laterally enclosed by distributed Bragg reflectors, Optics Express (2026). DOI: 10.1364/oe.583145
Journal information: Optics Express