يمكن لتقنية LED أن تغير الشاشات والإضاءة والإلكترونيات بشكل جذري.

أظهر باحثون في جامعة كامبريدج نوعًا جديدًا من LED مستحيلجهاز قادر على جعل الجسيمات النانوية العازلة تُصدر ضوءًا عند تزويدها بالكهرباء. وقد نُشر هذا الإنجاز في إحدى المجلات العلمية. الطبيعة ويتم نشرها من قبل الجامعة عبر علوم وتكنولوجيالا يزال المشروع في مرحلة التجارب المخبرية، لكنه قد يمهد الطريق لشاشات أكثر دقة، ومستشعرات بصرية، وتقنيات اتصال ضوئية، ومعدات طبية قادرة على اختراق الأنسجة البيولوجية بعمق أكبر. للمزيد من المعلومات:

يقرأ أيضا: تفهم ما هي تقنية Micro LED؟، بدأ أن يفهم تقنية Micro RGB للشاشات ونرى تم إطلاق شاشة Odyssey OLED G5 في البرازيل.

لماذا يُطلق عليه اسم "مستحيل"؟

يأتي الاسم من العقبة الرئيسية التي تغلب عليها العلماء: الجسيمات النانوية المستخدمة في التجربة هي العوازل الكهربائيةببساطة، هذا يعني أنها لا توصل التيار الكهربائي بسهولة. وإذا كانت المادة لا توصل الكهرباء، فلا ينبغي أن تكون قاعدة جيدة لمصابيح LED، لأن مصابيح LED التقليدية تعتمد على حقن الشحنات الكهربائية لتوليد الضوء.

تُسمى هذه الجسيمات جسيمات نانوية مشبعة باللانثانيداتكانت الجسيمات المغناطيسية منخفضة المستوى (LnNPs) معروفةً بالفعل بقدرتها على إصدار ضوء مستقر للغاية ذي طيف ضيق جدًا، ودون الآثار غير المرغوب فيها للوميض أو التدهور السريع. تكمن المشكلة في أنه حتى الآن، كان من الصعب توفير هذه الخصائص للأجهزة الإلكترونية التي تعمل مباشرةً بجهد منخفض.

كيف يعمل نظام LED الجديد

كان الحل الذي توصل إليه الفريق في مختبر كافنديش في كامبريدج هو استخدام جزيئات عضوية كنوع من جسر الطاقة. قام الباحثون بربط جزيء يُسمى [اسم الجزيء مفقود] بسطح الجسيمات النانوية. حمض 9-أنثراسين كاربوكسيليكأو 9-ACA، الموصوف في الدراسة بأنه "هوائي جزيئي".

بدلاً من محاولة تمرير تيار كهربائي عبر الجسيمات النانوية العازلة، يقوم الجهاز بحقن الشحنات في الجزيئات العضوية. تلتقط هذه الجزيئات الطاقة الكهربائية وتدخل في حالة إثارة تُعرف باسم... ثلاثة أضعاف ثم تنقل هذه الطاقة إلى أيونات اللانثانيدات داخل الجسيم النانوي. ومن هناك، ينبعث الضوء من المادة.

بحسب المقال المنشور في الطبيعةأتاح هذا النهج إنشاء مصابيح LED تعتمد على جسيمات نانوية من اللانثانيدات بجهد تشغيل يبلغ حوالي... فولت 5انبعاث ضيق للغاية في الطيف الكهرومغناطيسي وكفاءة كمية خارجية فائقة لـ 0,6% في نطاق الأشعة تحت الحمراء القريبة (NIR-II). كما يُشير منشور جامعة كامبريدج إلى أن انتقال طاقة الحالة الثلاثية إلى الجسيمات النانوية يمكن أن ينتقل من 98% من حيث الكفاءة.

ما هو ضوء الأشعة تحت الحمراء القريبة (NIR-II)؟

NIR-II هو نطاق من الأشعة تحت الحمراء القريبة وهو غير مرئي للعين البشرية، ولكنه مفيد للغاية في التطبيقات العلمية والطبية. أحد الأسباب هو أن هذا النوع من الضوء يمكنه اختراق الأنسجة البيولوجية بتشتت أقل من الأطوال الموجية المرئية، مما يُحسّن تقنيات التصوير والاستشعار.

عملياً، يمكن أن يكون الصمام الثنائي الباعث للضوء (LED) ذو الانبعاث النقي والمتحكم به للغاية في هذا النطاق مفيداً في المعدات التي تحتاج إلى إضاءة أو كشف الإشارات الضوئية بدقة عالية. ويشمل ذلك أجهزة التصوير الطبي الحيوي، وأجهزة الاستشعار، وأنظمة الاتصالات الضوئية، ومكونات الإلكترونيات المتقدمة.

لماذا قد يؤثر هذا على الشاشات والأجهزة الإلكترونية؟

إن التأثير المباشر ليس استبدال شاشة هاتفك غدًا، فالبحث لا يزال في مرحلة إثبات المفهوم. ومع ذلك، فإن هذه النتيجة مهمة لأنها تُظهر طريقة جديدة لتحويل المواد التي كان يُعتقد سابقًا أنها صعبة التشغيل كهربائيًا إلى مصادر ضوئية قابلة للتحكم.

• الشاشات وأجهزة العرض: يمكن أن يكون الانبعاث الضيق للغاية مفيدًا في التقنيات التي تتطلب ألوانًا أو أطوال موجية دقيقة للغاية، على الرغم من أن هذا النهج لا يزال بحاجة إلى التكيف للاستخدام التجاري.
• إضاءة متخصصة: يمكن أن تكون مصابيح LED التي تبعث الضوء في نطاقات محددة مفيدة في العلوم والصناعة وأجهزة الاستشعار والمعدات البصرية.
• الطب والتصوير الطبي: قد يكون ضوء الأشعة تحت الحمراء القريبة من النوع الثاني مفيدًا للأجهزة التي تحتاج إلى رؤية الهياكل الموجودة أسفل سطح الأنسجة.
• الاتصالات الضوئية: تعتبر الأطوال الموجية المحددة جيدًا مهمة لنقل وقراءة الإشارات بأقل قدر من الضوضاء.
• الإلكترونيات الهجينة: تجمع هذه الطريقة بين المواد العضوية وغير العضوية، مما قد يلهم تصميمات جديدة للأجهزة الإلكترونية الضوئية.

ومن النقاط المهمة الأخرى إمكانية تعديل انبعاث الضوء عن طريق تغيير نوع وتركيز اللانثانيدات المستخدمة في الجسيمات النانوية. وهذا يشير إلى إمكانية تعديل هذه التقنية لتطبيقات مختلفة، بدلاً من اقتصارها على لون واحد أو نطاق انبعاث واحد.

إنها ليست تقنية جاهزة بعد للوصول إلى المستهلك.

على الرغم من لقبها الجذاب، لا ينبغي فهم "شاشة LED المستحيلة" على أنها شاشة ثورية جاهزة لاستبدال شاشات OLED أو Mini LED أو Micro LED. تُظهر الدراسة آلية فيزيائية وجهازًا عمليًا في المختبر، ولكن لا تزال هناك تحديات مهمة قبل أي تطبيق تجاري: المتانة، وحجم الإنتاج، والتكلفة، والتكامل مع الدوائر الموجودة، والكفاءة النهائية في المنتجات الحقيقية.

ومع ذلك، يُعدّ هذا الاكتشاف بالغ الأهمية لأنه يتجاوز عقبةً تُعتبر أساسية: وهي التنشيط الكهربائي للمواد العازلة ذات الخصائص البصرية الممتازة. وإذا ما تطورت هذه التقنية، فقد تُصبح أداةً جديدةً لتصميم مصابيح LED متخصصة، وأجهزة استشعار طبية، ومصادر إضاءة صغيرة الحجم، ومكونات لأجيالٍ مستقبلية من الإلكترونيات.

ملخص: ما هي التغييرات؟

• ابتكر الباحثون مصابيح LED باستخدام جسيمات نانوية عازلة مطعمة باللانثانيدات.
• تعمل الجزيئات العضوية كـ "هوائيات" تلتقط الشحنات الكهربائية وتنقل الطاقة إلى الجسيمات النانوية.
• يصدر الجهاز ضوءًا نقيًا جدًا في نطاق الأشعة تحت الحمراء القريبة (NIR-II).
• يمكن للتكنولوجيا أن تفيد التصوير الطبي، وأجهزة الاستشعار، والاتصالات البصرية، والشاشات المتخصصة، والإلكترونيات الهجينة.
• لا يزال هذا بحثاً مخبرياً، ولا يوجد جدول زمني للمنتجات التجارية.

مشاهدة الفيديو

انظر أيضا

فونتيس: ساينس ديلي/جامعة كامبريدج e الطبيعة.