Сегодня в Стокгольме вручают Нобелевские премии. Нобелевская премия 2023 года по химии присуждена Алексе́ю Ива́новичу Еки́мову российскому и американскому учёному, специалисту в области физики твёрдого тела и оптики!
Присуждена за открытие кластеров атомов, известных как квантовые точки, которые теперь используются для создания цвета на плоских экранах, светодиодах (LED).
Квантовые точки — это крошечные флуоресцентные полупроводники. Квантовая точка состоит из ядра и защитной оболочки из материала с более широкой запрещенной зоной. Они настолько малы, что только ряд из 10 тыс. штук достигает толщины человеческого волоса. Если их возбуждают внешним источником света, они поглощают энергию и, в зависимости от размера частицы, излучают свет разного цвета.
Проще говоря, квантовая точка — это полупроводник, электрические характеристики которого зависят от его размера и формы. Мы можем регулировать размер квантовой точки, соответственно, мы можем изменять энергию испускаемого фотона, а значит, мы можем изменять цвет испускаемого квантовой точкой света.
Существует два главных метода создания квантовых точек: эпитаксия и синтез в коллоиде. Выращивают в основном соединения из элементов III (Ga, Al, In) и V (As, P, Sb) группы таблицы Менделеева. При помощи коллоидного синтеза можно получать нанокристаллы, покрытые слоем адсорбированных поверхностно-активных молекул.
Квантовые точки можно использовать в качестве люминофоров (флуорофоров) светоизлучающих диодов, параметрами излучения которых (например, цветом) можно очень легко управлять. Квантовые точки могут быть различной формы и размера, но чаще всего это сферы диаметром 2—10 нм, и состоят они из 103—105 атомов Выбрав квантовые точки определенного размера, например, от трех до 30 нанометров в диаметре можно получить длины волн излучения, обеспечивающие отличную цветопередачу и широкий спектр индивидуальной настройки оттенков белого света светодиодов.
Если интегрировать квантовые точки непосредственно в структуру кристалла синего светодиода с определенной периодичностью, то это позволит значительно улучшить эффективный квантовый выход - отношение числа излученных фотонов к числу поглощенных - и получить спектр белого света! А светодиод сделать еще более миниатюрным!
Таким образом, это уже четвертый российский ученый удостоенный Нобелевской премии за вклад в развитие технологии светодиодов!
Первым был Жоре́с Ива́нович Алфёров в 2000 году, получивший Нобелевскую премию по физике за разработку полупроводниковых гетероструктур. Такая структура, выращенная на подложке состоят из слоёв различных материалов (полупроводников, диэлектриков), которые различаются шириной запрещённой зоны и/или сродством к электрону. В настоящее время практически все производимые светодиоды основаны на гетероструктурах.
В 2010 году Андре́й Константи́нович Гейм и Константи́н Серге́евич Новосёловполучили Нобелевскую премию по физике за открытие новой модификации углерода — графена, который представляет собой одинарный слой атомов углерода. Измеренный коэффициент теплопроводности двумерного углерода в 10 раз больше коэффициента теплопроводности меди. Прямое эпитаксиальное выращивание синих светодиодов на основе GaN на слое восстановленного оксида графена (rGO) приводит к превосходным электрическим и оптическим характеристикам получаемого светодиода по сравнению с выращенным. на сапфире.
Кроме этого, сами графеновые излучатели света могут открыть двери для разработки источников света от среднего до дальнего инфракрасного диапазона.
Автор статьи: Александр Карев, к.т.н., директор по науке ООО "МГК "Световые Технологии"