Ana içeriğe atla

Yüksek hızlı elektronlarla yüzeyi pürüzlendirerek oluşturulan silikon LED

Serbest uçan elektronlar silikonda ışık üretir



Optik sistemlerinin gerçekten yararlı olması için, elektronik entegre devreler ile aynı teknolojiye dayalı olması gerekir. CMOS uyumlu hiçbir ışık kaynağı yok. Elektronlar içeren yeni araştırma, silikon ışık kaynakları için bir gelecek yaratabilir, ancak bazı oldukça temel sorunlar çözülmeli.

Silikonun karanlık sırrı

Işık yayan diyotlar cips kadar ucuzdur, ancak silikondan yapılmamıştır. Çünkü silikon ışık yaymayı sevmez.
Genel düzeyde yarı iletkenler aynıdır. Elektronlar, yerel bir atoma bağlı sıkışmış oldukları değerlik bandında bulunabilirler veya dolaşımda serbest oldukları iletkenlik bandında olabilirler.
Bir elektronun değerlikten iletim bandına geçmesi için değerlik ve iletim bantları arasındaki enerji farkından daha büyük bir enerji kazanması gerekir. Bir elektron, iletim bandından değer bandına düştüğünde, bu enerjiyi kaybetmesi gerekir. Işık yayan bir diyotta elektronlar, ışık şeklinde enerji kaybederek iletim bandından düşer. Ve, önemlisi, bunu tek bir adımda yapabilirler.
Silikonda, elektronlar değerlik bandına ulaşmak için aynı anda bir foton ve ses titreşimi (bir fonon) yaymak zorundadır Bunun yerine, elektron tipik olarak bir foton yaymadan enerjiyi kaybetmenin bir yolunu bulur, bu nedenle ışık çıkmaz. Sonuç, silikon ışık yayan diyotların imkansız olması değil, imkansızlıklarının yetersiz olmasıdır.

Işığın silikondan çıkması

Bu sorunun üstesinden gelmek için, bir araştırma ekibi silikonun ışığını korkutmaya karar verdi. Orta yaşlı bir silikon parçasında rahatça bulunan orta yaşlı bir elektron düşünün. Aniden, hiçbir yerde, bir erkek yarışçı elektronu silikon yüzeyi boyunca kükrer ve tüm yabancı ağırlığı silikon bağlı elektrondan dışarı çıkarır. Sonuç nedir? Tehlikeli elektronumuz öfkesini ışık ve öfke fırtınasında yayar.
Biraz daha detaylı olarak: araştırmacılar silikonu şekillendiriyor, böylece yüzey boyunca bir dizi yükseltilmiş çubuk var. Daha sonra araştırmacılar yüzey boyunca elektronları ateşleyerek çubukları geçerler. Hız elektronu bir çubuğa yaklaştıkça, silikondaki diğer elektronlar yüzeyden uzaklaştırılır. Hız elektronu hareket ettikçe, elektronlar ışık salınımına neden olan bir dizi salınımla yüzeye geri gevşer.
Neden düz bir yüzey değil? Her çubuk bağımsız olarak ışık üretir. Işığı gördüğümüz yerde (uzaktan) tüm karışımların arasında yalnızca karışımın ürününü ya da girişimi görüyoruz. Emisyon yerlerini ayırarak ve hızlanan elektronların enerjisini seçerek, emisyon spektrumuna hükmedecek belirli ışık renkleri seçeriz.
Sonuçta, sonuç oldukça geniş bir dalga boyu aralığında ışık yayacak şekilde ayarlanabilen bir yapıdır. Daha da iyisi, elektron ışını ve geri beslemenin daha iyi kontrol edilmesiyle, elektronların tamamen serbest olmadığı ve silikonda olmadıkları sürece bir çeşit serbest elektron lazeri yapmak mümkün olabilir. Ancak şu anda, tüm araştırmacıların sahip olduğu son derece parlak bir silikon parçası, çünkü (ilklerin hepsinde olduğu gibi) verimlilik gerçekten zayıf.

Silisyumun berraklığı ve temizliği

Işık üretmenin bu yolu eski bir numaradır . Yapısal bir metal yüzey boyunca bir elektron ışını çekmenin ışığa neden olacağı iyi bilinmektedir, peki bunu özel yapan nedir? Araştırmacılar, silikonun metal üzerine yapacağı iki avantajdan bahsetti.
İlk olarak, metaller biraz dağınık. Evet, serbest ve bu nedenle sürüşü kolay olan birçok elektronları var. Ancak bu elektronlar birbirleriyle ve çevresindeki çekirdeklerle çarpışırlar, böylece enerjilerini birçok farklı şekilde kaybederler. Sonunda, elektronlara verilen enerjinin sadece küçük bir kısmı ışık olarak yayılır. Ancak silikonda elektronların hepsi yerel bir çekirdeğe bağlanır. Kristalin silikon, enerji kaybı için daha az fırsat sunar, bu yüzden radyasyon biraz daha kolay yayılır.
Diğer artı, metallerin şeffaf olmadığı, silikon ise. Bu, ışığın yüzeyden ayrılmadan önce yeniden emilme şansını azaltır.
Bu avantajlar araştırmacılara daha yüksek verimliliklerin (% 10'luk bir sıra ile) elde edilebileceğini umuyor. Ancak dikkatli olunması gerekir. Yüzey boyunca ateş eden elektronu hatırladın mı? Bu bir boşlukta seyahat etmek zorunda. Hızlı elektronlar nereden geliyor? Taramalı elektron mikroskobu. Araştırmacılar, elektron tabancası da dahil olmak üzere tüm kitin bir yonga üzerinde kapsüllenebilmesini bekliyor. Ancak vakum gereksinimi ortadan kalkmıyor ve bunun CMOS uyumlu olacağından emin değilim.
Nature Communications, 2019, DOI: 10.1038/s41467-019-11070-7



Bu blogdaki popüler yayınlar

Sonunda atamız olabilecek mikroba bir göz attık.

Çok garip bir hücre yapısı karmaşık hücrelerin nasıl ortaya çıktığını gösterir. Ökaryotik bir hücre, bakteri ve arkelerin eksikliği olan çok karmaşık bir yapıya sahiptir. Tüm hayvanların, bitkilerin ve mantarların hücreleri etkileyici bir karmaşıklığa sahiptir ve enerji üretmek, proteinleri sindirmek veya DNA tutmak gibi çeşitli görevlerde uzmanlaşmış çeşitli bölmelere sahiptir. Eğer bakteri veya arke bakarsanız, ancak, iç aslında özelliksiz. Bu hücresel karmaşıklık nasıl ortaya çıktı? Buradaki anlayışımızı kısıtlayan önemli bir şey de karmaşık hücrelerin atalarının neye benzediği hakkında hiçbir zaman bir fikir edinememiş olmamızdır. Son birkaç yılda, bu organizmaların modern soyundan gelenlerin varlığına dair giderek artan genetik kanıtlar bulduk, ama onları bir göz atmak için yetiştiremedik. Ancak Salı günü, bir rapor, kültürde hayatta kalmak için bunlardan birini elde etmek için on yıllık bir girişimin başarısını gösterir. Ve ortaya çıkan mikroplar çok garip ama kar

Bitcoin kısa bir tarihçe ve dolandırıcılıklar

Bitcoin, 2011'den beri bilgisayar korsanları için sulu bir hedef olmuştur. Şu anda Bitcoin hakkında çok fazla heyecan var, kripto para biriminin değeri son zamanlarda 11.000 doların üstüne çıktı; yılın başında değerinin 10 katından fazla.  Bu, birçok insanın Bitcoin çılgınlığına katılmaları gerekip gerekmediğini merak etmelerine neden oldu. Ancak, Bitcoin ekonomisine katılmanın büyük risklerle birlikte geldiğini unutmayın.  Yıllar geçtikçe, Bitcoin dünyası kesmek, dolandırıcılık ve kötü niyetli uygulamalardan etkilendi.  Uygun önlemleri almayan kullanıcılar her şeyi kaybedebilir. Burada Bitcoin dünyasının en önemli dolandırıcılık ve saldırılarının kısa bir tarihçesini sunuyoruz.  Bu saldırıların hepsinin, çekirdek Bitcoin yazılımı yerine Bitcoin ile ilgili hizmetlere karşı yapıldığı dikkat çekiyor.  Bildiğimiz kadarıyla, Bitcoin ağının kendisi son derece güvenli, tabii ki bitcoin'lerinizi saldırıya uğrayan üçüncü bir tarafa emanet etmeniz çok az rahat. Ayrıca,