Нанотехнологическое сообщество Нанометр, все о нанотехнологиях
на первую страницу Новости Публикации Библиотека Галерея Сообщество Объявления Олимпиада ABC О проекте
 
  регистрация
помощь
 
Впервые продемонстрированы белые лазеры, способные потеснить светодиоды
(иллюстрация ASU/Nature Nanotechnology).

Физики из Университета Аризоны впервые создали единое устройство, способное испускать синий, зелёный и красный лазерный свет так, чтобы излучение воспринималось как белое
Впервые продемонстрированы белые лазеры, способные потеснить светодиоды
(фото ASU/Nature Nanotechnology).

Коллаж снимков демонстрирует излучение нового устройства в разных частях нанолиста: явно заметен свет красного, зелёного, синего, жёлтого, голубого, пурпурного и белого цветов

Впервые продемонстрированы белые лазеры, способные потеснить светодиоды

Ключевые слова:  Генерация света, Лазеры, Разработка, Цветовой спектр

Опубликовал(а):  Доронин Федор Александрович

09 августа 2015

Лазеры были изобретены в 1960-х годах, и с тех пор они используются во многих современных технологических решениях. Однако до сегодняшнего дня существовали только лазеры отдельных цветов (синие, красные, зелёные), но никому не удавалось объединить все длины волн оптического спектра для создания белого лазера.

Революционную разработку представила команда из Университета Аризоны. Эти учёные доказали, что полупроводниковые лазеры способны излучать полный видимый цветовой спектр, который в сумме даст белый свет.

Ведущий автор исследования Нин Цунь-Чжэн (Cun-Zheng Ning) и его коллеги создали полупроводник длиной в одну пятую от толщины человеческого волоса и толщиной в одну тысячную от той же величины с тремя параллельными сегментами, каждый из которых поддерживает лазерное излучение трёх основных цветов (длин волн) — синего, зелёного и красного.

Устройство способно генерировать свет любой длины волны видимого спектра и при суммировании этих цветов излучать белый свет, рассказывается в статье журнала Nature Nanotechnology.

Белые лазеры обладают большим потенциалом для различного рода применений. Прежде всего, они могут стать заменой привычным для нас светодиодам, поскольку являются более энергоэффективными и излучают более яркий свет. Также группа Цунь-Чжэна утверждает, что их разработка может заменить светодиоды не только в вопросах освещения помещений, но и в дисплеях компьютеров и телевизоров. Расчёты и эксперименты показали, что белые лазеры могут охватить на 70% больше цветов и оттенков видимого спектра, чем существующие сегодня на рынке дисплеи.

Другое немаловажное потенциальное применение — это оптические коммуникации будущего. Эксперты уже не раз говорили, что в ближайшие десятилетия на смену радиоволновому Wi-Fi, скорее всего, придёт Li-Fi, передающий данные на основе света. Учёные подсчитали, что Li-Fi может быть более чем в 10 раз быстрее, чем существующий Wi-Fi, а Li-Fi, работающий на белых лазерах, может быть ещё в 10-100 раз быстрее, чем аналогичная светодиодная технология, которая по-прежнему находится на стадии разработки.

"Концепция белых лазеров, на первый взгляд, противоречит здравому смыслу, поскольку свет обычного лазера содержит ровно один цвет, определённую длину волны электромагнитного спектра, а не широкий диапазон различных длин волн. Белый свет, как правило, рассматривается как смесь всех длин волн видимого спектра", — поясняет Цунь-Чжэн.

Привычные светодиоды белого цвета, как правило, представляют собой синий светодиод, покрытый люминофором для преобразования части синего света в зелёный, жёлтый и красный свет. Подобное смешение цветов воспринимается человеком как обычный белый свет и потому может использоваться для иллюминации помещений.

Добавим, что ещё в 2011 году сотрудники Сандийских национальных лабораторий США продемонстрировали слияние цветов четырёх отдельных цветных лазеров с последующим появлением эффекта белого света. Исследования показали, что подобное излучение воспринимается человеческим глазом столь же комфортно, как и свет от светодиодов. Эта работа и вдохновила команду из Университета Аризоны на дальнейшие исследования, в ходе которых было представлено единое устройство, излучающее белый лазерный свет.

"То, что делали наши коллеги из Сандийских национальных лабораторий, было проверкой концепции, но, к сожалению, не изобретением, пригодным к практическим применениям. Один маленький кусочек полупроводникового материала, излучающий лазерный белый свет — это гораздо более практичная технология, которую можно коммерциализировать", — рассказывает глава исследования в пресс-релизе.

На пути к своему открытию физикам пришлось преодолеть немало трудностей и совершить ряд замысловатых разработок. Как правило, полупроводники, используемые для компьютерных чипов или генерации света в телекоммуникационных системах, способны излучать свет одной длины волны и, соответственно, одного цвета — синего, зелёного или красного — что определяется уникальной атомной структурой материала и шириной запрещённой энергетической зоны.

Для получения всех возможных длин волн в видимом спектральном диапазоне необходимо было получить несколько полупроводников, у каждого из которых должны были быть разные периоды решётки и разные ширины запрещённой энергетической зоны.

"Нашей целью было создание одного куска полупроводникового материала, который можно было бы использовать для генерации трёх основных цветов лазерного излучения. Более того, этот кусок должен быть достаточно мал, чтобы человеческий глаз мог воспринимать исходящее излучение как белое, а не как три отдельных цвета. Это была непростая задача", — рассказывает Цунь-Чжэн.

Основным препятствием на пути к победе, рассказывают исследователи, было так называемое несоответствие параметров кристаллической решётки или слишком большая разница между периодами решётки для разных материалов, используемых в эксперименте. Для преодоления этого обстоятельства Цунь-Чжэн и его коллеги обратились к нанотехнологиям.

Дело в том, что в нанометровом масштабе крупные несоответствия становятся менее заметными для технологии в целом, чем при традиционных методах выращивания цельных материалов. Таким образом, высококачественные кристаллы могут быть выращены даже при больших несоответствиях параметров кристаллической решётки.

Другим важным препятствием стало то, что вырастить полупроводники, излучающие синий свет, оказалось намного сложнее, чем кристаллы для красного или зелёного света. После двухлетних исследований команда, наконец, разработала технологию создания необходимой формы будущей подложки, а затем придумала и оптимальный состав полупроводника, который должен излучать синий свет.

Новая стратегия получила название двойной ионный обменный процесс. Именно благодаря ей физикам удалось создать единое наноустройство, способное излучать белый лазерный свет.

Теперь команде Цунь-Чжэна предстоит продумать систему питания своего инновационного устройства. Пока что о коммерциализации технологии речи не идёт. Однако её потенциал позволяет ожидать внедрения белых лазеров на рынок в ближайшие десятилетия.


Источник: Вести. Наука



Комментарии


Эта технологи может стать основой проекторов изображения на большие экраны. А также экономичных очень тонких гибких мониторов для компьютеров, смарфонов и т.д.
Пастух Евфграфович, 12 августа 2015 12:39 
З а м е ч а т е л ь н о е замечание!

Для того чтобы оставить комментарий или оценить данную публикацию Вам необходимо войти на сайт под своим логином и паролем. Зарегистрироваться можно здесь

 

Нановселенная
Нановселенная

На XXI Менделеевском съезде награждены выдающиеся ученые-химики
11 сентября 2019 года в Санкт-Петербурге на XXI Менделеевском съезде по общей и прикладной химии объявлены победители премии выдающимся российским ученым в области химии. Премия учреждена Российским химическим обществом им. Д.И.Менделеева совместно с компанией Elsevier с целью продвижения и популяризации науки, поощрения выдающихся ученых в области химии и наук о материалах.

Россия подала в ЮНЕСКО заявку на учреждение премии имени Менделеева для молодых ученых
Россия подала в ЮНЕСКО заявку на учреждение премии имени Менделеева для молодых ученых. Об этом премьер-министр РФ Дмитрий Медведев сообщил, открывая встречу с нобелевскими лауреатами, руководителями химических обществ, представителями международных и российских научных организаций.

Перст-дайджест
В новом выпуске бюллетеня «ПерсТ»: Синтез “перламутровых” нанокомпозитов с помощью бактерий. Оптомагнитный нейрон.Устойчивость азотных нанотрубок. Электронные характеристики допированных фуллереновых димеров.

Люди, создающие новые материалы: от поколения X до поколения Z
Е.В.Сидорова
Самые диковинные экспонаты научной выставки, организованной в Москве в честь Международного года Периодической таблицы химических элементов в феврале 2019 г., можно было рассмотреть только "вооруженным глазом»: Таблица Д.И.Менделеева размером 5.0 × 8.7 мкм и нанопортрет первооткрывателя периодического закона великолепно демонстрировали возможности динамической АСМ-литографии на сканирующем зондовом микроскопе. Миниатюрные произведения представили юные участники творческих конкурсов XII Всероссийкой олимпиады по нанотехнологиям, когда-то задуманной академиком Ю.Д.Третьяковым — основателем факультета наук о материалах (ФНМ) Московского государственного университета имени М.В.Ломоносова. О том, как подобное взаимодействие со школьниками и студентами помогает сохранить своеобразие факультета и почему невозможно воплощать идею междисциплинарного естественнонаучного образования, относясь к обучению как к конвейеру, редактору журнала «Природа» рассказал заместитель декана ФНМ член-корреспондент РАН Е.А.Гудилин.

Как наночастицы применяются в медицине?
А. Звягин
В чем преимущества наночастиц? Как они помогают ученым в борьбе с раком? Биоинженер Андрей Звягин о наночастицах в химиотерапии, имиджинговых системах и борьбе с раком кожи.

Медицинская керамика: какими будут имплантаты будущего?
В.С. Комлев, Д. Распутина
Почему керамические изделия применяются в хирургии? Какие технологии используются для создания имплантатов? Материаловед Владимир Комлев о том, почему керамика используется в медицине, как на ее основе создаются имплантаты и какие перспективы у биоинженерии

Технопредпринимательство на марше

Мы традиционно просим вас высказать свои краткие суждения по вопросу технопредпринимательства и проектной деятельности школьников. Для нас очевидно, что под технопредпринимательством и под проектной деятельностью школьников каждый понимает свое, но нам интересно ваше мнение, заодно вы сможете увидеть по мере прохождения опроса, насколько оно совпадает или отличается от мнения остальных. Ждем ваших ответов!

О наноолимпиаде замолвите слово...

Прошла XII Всероссийская олимпиада "Нанотехнологии - прорыв в Будущее!" Мы надеемся, что нам для улучшения организации последующих наноолимпиад поможет электронное анкетирование. Мы ждем Ваших замечаний, пожеланий, предложений. Спасибо заранее!

Опыт обучения в области нанотехнологического технопредпринимательства

В этом опросе мы просим поделиться опытом и Вашим отношением к нанотехнологическому технопредпринимательству и смежным областям. Заранее спасибо за Ваше неравнодушие!



 
Сайт создан в 2006 году совместными усилиями группы сотрудников и выпускников ФНМ МГУ.
Сайт модернизирован для ресурсной поддержки проектной деятельности учащихся в рамках ГК 16.647.12.2059 (МОН РФ)
Частичное или полное копирование материалов сайта возможно. Но прежде чем это делать ознакомьтесь с инструкцией.