একদল আমেরিকান বিজ্ঞানী আবিষ্কার করেছেন যে LED সেমিকন্ডাক্টরগুলি যা পারমাণবিক বেধের দিকে সামান্য ঝুঁকে থাকে তারা 100% এর কাছাকাছি দক্ষতা সহ আলো নির্গত করতে পারে এবং উজ্জ্বলতা বাড়ার সাথে সাথে কার্যকারিতা হ্রাস এড়াতে পারে-যা সাধারণত এই এলইডিগুলিকে জর্জরিত করে।
স্মার্ট ফোনের পর্দা থেকে শুরু করে স্বল্প শক্তির আলো, আলো-নির্গত ডায়োড (এলইডি) বিশ্বকে অনেকবার বদলে দিয়েছে। কিন্তু উজ্জ্বলতা বৃদ্ধির সাথে সাথে LEDs এর কার্যকারিতা হ্রাস পায়-একটি সমস্যা যা একটি নতুন এবং আকর্ষণীয় দ্বি-মাত্রিক সেমিকন্ডাক্টর উপাদান, তথাকথিত ট্রানজিশন মেটাল ডাইহালাইডস (TMDs) এর জন্য বিশেষভাবে ঝামেলাপূর্ণ। উচ্চ উজ্জ্বলতায় এই পরমাণু পাতলা উপকরণগুলির উল্লেখযোগ্য দক্ষতা হ্রাস তাদের ব্যবহারিক প্রয়োগে বাধা দেয়।
এখন, ইউনিভার্সিটি অফ ক্যালিফোর্নিয়া, বার্কলে এবং লরেন্স বার্কলে ন্যাশনাল ল্যাবরেটরির গবেষকরা হয়তো এই এলইডিগুলির সম্মুখীন হওয়ার দক্ষতা বাধাগুলি অতিক্রম করার একটি খুব সহজ উপায় খুঁজে পেয়েছেন।
টিম প্রমাণ করেছে যে টিএমডিতে 1% এর কম যান্ত্রিক স্ট্রেন প্রয়োগ করা উপাদানটির বৈদ্যুতিন কাঠামো পরিবর্তন করতে পারে এবং এমনকি উচ্চ উজ্জ্বলতার স্তরেও এটি প্রায় 100% হালকা নির্গমন দক্ষতা অর্জনের জন্য যথেষ্ট (যেমন ফোটোলুমিনেসেন্স কোয়ান্টাম ফলন) । গবেষক দল বিশ্বাস করে যে এই ফলাফল নতুন প্রজন্মের LED যন্ত্রপাতি সক্ষম করতে পারে যাতে বর্ধিত উজ্জ্বলতার কারণে দক্ষতা ক্ষয় এড়ানো যায়।
সমস্ত জৈব এবং কিছু অজৈব এলইডি-তে, উচ্চ উজ্জ্বলতায় দক্ষতা হ্রাসের কারণ এক্সিটন-এক্সিটন অ্যানিহিলেশন (ইইএ) নামে একটি ঘটনা।
যখন একটি শক্তির উৎস যেমন একটি বৈদ্যুতিক স্রোত বা একটি লেজার রশ্মি একটি সেমিকন্ডাক্টরকে উত্তেজিত করে, তখন এটি সেমিকন্ডাক্টরের ভ্যালেন্স ব্যান্ড থেকে নেতিবাচকভাবে চার্জ করা ইলেকট্রনগুলিকে কন্ডাকশন ব্যান্ডে ফেলে দেয়, ইতিবাচক চার্জযুক্ত ইলেকট্রন ছিদ্র রেখে।
সঠিক বৈশিষ্ট্যযুক্ত সেমিকন্ডাক্টরগুলিতে, ইলেকট্রন-হোল জোড়া এখনও নিরপেক্ষ আধা-কণা আকারে বিদ্যমান যাকে এক্সিটন বলে। ইলেকট্রন এবং গর্তের পরবর্তী বিকিরণ পুনbসংগমনের ফলে ফোটন নির্গত হয়, যার ফলে LED থেকে দৃশ্যমান আলো নির্গমন হয়।
কম exciton ঘনত্ব, প্রায় সব excitons বিকিরণ পুনbসংযোগের জন্য পর্যাপ্ত স্থান আছে, এবং TMD LED এর কোয়ান্টাম ফলন 100%এর কাছাকাছি। যাইহোক, LED এর উজ্জ্বলতা বৃদ্ধি পায় এবং excitons এর ঘনত্ব বৃদ্ধি পায়, excitons একে অপরের সাথে সংঘর্ষ এবং মুছে ফেলা শুরু করে, যার ফলে নন-রেডিয়েটিভ অ্যাটেনুয়েশন, বা EEA, তাপের আকারে বিলীন হয়ে যায়। ফলাফল: উজ্জ্বলতা বৃদ্ধির সাথে সাথে এই অতি-পাতলা উপাদানের ফটোলুমিনেসেন্স দক্ষতা হ্রাস পায়।
নন-রেডিয়েটিভ EEA- এর সংখ্যা অনেকাংশে সেমিকন্ডাক্টর এনার্জি ব্যান্ড কাঠামোর বিবরণের উপর নির্ভর করে। বার্কলে রিসার্চ টিম দেখেছে যে, বিশেষ করে টিএমডি সেমিকন্ডাক্টরদের জন্য, EEA- এর সংখ্যা ভ্যান হোভ সিঙ্গুলারিটি দ্বারা বৃদ্ধি পায়।
ভ্যান হোভ একবচন একটি অর্ধপরিবাহীর শক্তির কাঠামোর সামান্য বিকৃতি, যা সেই সময়ে রাজ্যের ঘনত্ব (সম্ভাব্য শক্তির রাজ্যের সংখ্যা যা দখল করা যায়) বৃদ্ধি করে।
উচ্চ এক্সিটন ঘনত্বের অধীনে ইইএ সমস্যা সমাধানের জন্য, বার্কলে গবেষকরা টিএমডি উপকরণের শক্তি ব্যান্ড কাঠামো সামঞ্জস্য করার পদ্ধতিগুলি অধ্যয়ন করেছিলেন। তারা দেখতে পেয়েছে যে ইউনিঅক্সিয়াল স্ট্রেন প্রয়োগ করা-আক্ষরিকভাবে উপাদানটিকে সামান্য প্রসারিত করা ভাল কাজ করে।
তাদের পরীক্ষায়, দলটি একক-স্তর WS2, WSe2 এবং MoS2 সহ অনেকগুলি ভিন্ন TMDs ইনস্টল করেছে। একটি নমনীয় প্লাস্টিকের স্তরে, একটি ষড়ভুজ বোরন নাইট্রাইড স্তর (একটি গেট অন্তরক হিসাবে) এবং একটি গ্রাফিন স্তর (একটি গেট হিসাবে) যোগ করা হয়েছিল। ইলেক্ট্রোড)। তারপরে, গবেষকরা ডিভাইসে একটি ভোল্টেজ পক্ষপাত প্রয়োগ করেছিলেন, লেজার রশ্মি দিয়ে উপাদানটিকে উত্তেজিত করতে উত্সাহিত করেছিলেন এবং লেজারের তীব্রতা (এবং এক্সিটন ঘনত্ব) বাড়ার সাথে সাথে উপাদানটির ফোটোলুমিনেসেন্স কোয়ান্টাম ফলন পরিমাপ করেছিলেন।
দলটি দেখতে পেয়েছে যে, অনিয়ন্ত্রিত টিএমডির জন্য, প্রত্যাশিত হিসাবে, এক্সাইটনের ঘনত্ব বাড়ার সাথে সাথে কোয়ান্টাম ফলন ক্ষয় হয়। যাইহোক, নমনীয় স্তরটি সামান্য বাঁকানো এবং TMD তে 0.2% এর প্রসার্য স্ট্রেন প্রয়োগ করার ফলে রোল-অফের পরিমাণ উল্লেখযোগ্যভাবে হ্রাস পাবে। যখন টেনসাইল স্ট্রেন 0.4% হয়, তখন উচ্চ উজ্জ্বলতার অধীনে কোন কার্যকরী দক্ষতা ড্রপ হয় না, এবং উপাদানটি এক্সিটন ঘনত্ব নির্বিশেষে প্রায় 100% ফটোলুমিনেসেন্স কোয়ান্টাম ফলন বজায় রাখতে পারে।
দলের বিশ্লেষণ দেখায় যে কোয়ান্টাম ফলনে উত্তেজনার প্রভাব" স্যাডেল পয়েন্ট" সেমিকন্ডাক্টর এনার্জি ব্যান্ডের কাঠামোতে-তার এনার্জি ল্যান্ডস্কেপে পর্বত চ্যানেলের মতো। অনিয়ন্ত্রিত উপকরণের মধ্যে, স্যাডেল পয়েন্ট, অর্থাৎ, ভ্যান হোভ এককতার অঞ্চল, এক্সিটন-উত্পাদনকারী এক্সিটন ধ্বংসের অনুকূল শক্তির কাছাকাছি অবস্থিত, যার ফলে এক্সিটন বিনাশের মাত্রা বৃদ্ধি পায়। সামান্য বাঁকানো উপাদানটি ব্যান্ড কাঠামোকে নতুন আকার দিতে পারে এবং স্যাডেল পয়েন্টকে পুরোপুরি সরাতে পারে যাতে ভ্যান হোভ এককতা এক্সিটন ধ্বংসের জন্য অনুকূল না হয়। এটি, পরিবর্তে, আরো exciton বিকিরণ পুনbসংযোগ অনুমতি দেয় এবং photoluminescence কোয়ান্টাম ফলন বৃদ্ধি।
যদিও দলের বেশিরভাগ পরীক্ষায় বিভিন্ন দ্বি-মাত্রিক উপাদান শীটের যান্ত্রিক ছিদ্র জড়িত, গবেষকরা বড় এলাকা (সেন্টিমিটার-স্তর) WS2 শীটের কোয়ান্টাম ফলনে স্ট্রেনের উপকারী প্রভাবও প্রমাণ করতে পারেন। একটি বর্ধিত রাসায়নিক বাষ্প জমা প্রক্রিয়া দ্বারা উত্থিত। গবেষকরা বিশ্বাস করেন যে এই অতিরিক্ত আবিষ্কারটি নতুন প্রজন্মের LEDs এর সম্ভাবনাকে নির্দেশ করে যা উচ্চ উজ্জ্বলতায় দক্ষতা হ্রাসের ক্ষতির দ্বারা প্রভাবিত হয় না।
