امریکی سائنسدانوں کے ایک گروپ نے دریافت کیا کہ ایل ای ڈی سیمی کنڈکٹرز جو جوہری موٹائی پر قدرے جھکے ہوئے ہیں وہ 100 فیصد کے قریب کارکردگی کے ساتھ روشنی خارج کرسکتے ہیں اور چمک بڑھنے کے ساتھ کارکردگی میں کمی سے بچ سکتے ہیں- جو عام طور پر ان ایل ای ڈی کو متاثر کرتے ہیں۔
سمارٹ فون سکرین سے لے کر کم توانائی کی روشنی تک، روشنی خارج کرنے والے ڈائیوڈ (ایل ای ڈی) نے کئی بار دنیا کو بدل دیا ہے۔ لیکن ایل ای ڈی کی کارکردگی میں کمی کا رجحان ہوتا ہے کیونکہ چمک بڑھتی ہے- ایک ایسا مسئلہ جو خاص طور پر ایک نئے اور دلچسپ دو جہتی سیمی کنڈکٹر مواد، نام نہاد ٹرانزیشن میٹل ڈیہیلیڈز (ٹی ایم ڈی) کے لئے پریشانکن ہے۔ زیادہ چمک پر ان جوہری طور پر پتلے مواد کی نمایاں کارکردگی کا قطرہ عملی اطلاقات میں ان کے اطلاق میں رکاوٹ ہے۔
اب یونیورسٹی آف کیلیفورنیا، برکلے اور لارنس برکلے نیشنل لیبارٹری کے محققین نے کارکردگی کی رکاوٹوں کو نظر انداز کرنے کا ایک بہت آسان طریقہ تلاش کیا ہوگا جن کا ان ایل ای ڈی کو سامنا کرنا پڑتا ہے۔
ٹیم نے ثابت کیا ہے کہ ٹی ایم ڈی پر 1 فیصد سے کم میکانیکی تناؤ لگانے سے مواد کی الیکٹرانک ساخت تبدیل ہوسکتی ہے، اور یہاں تک کہ اعلی چمک کی سطح پر، یہ تقریبا 100 فیصد روشنی کے اخراج کی کارکردگی (یعنی فوٹولومینسینس کوانٹم پیداوار) حاصل کرنے کے لئے کافی ہے۔ تحقیقی ٹیم کا خیال ہے کہ یہ نتیجہ ایل ای ڈی آلات کی نئی نسل کو بڑھتی ہوئی چمک کی وجہ سے کارکردگی کے کٹاؤ سے بچنے کے قابل بنا سکتا ہے۔
تمام نامیاتی اور کچھ غیر نامیاتی ایل ای ڈی میں، اعلی چمک پر کارکردگی میں کمی ایک مظہر میں جڑی ہوئی ہے جسے ایکسیٹن ایکسیٹن اینہیلیشن (ای ای اے) کہا جاتا ہے۔
جب توانائی کا ذریعہ جیسے برقی کرنٹ یا لیزر بیم سیمی کنڈکٹر کو پرجوش کرتا ہے تو یہ سیمی کنڈکٹر کے ویلنس بینڈ سے منفی چارج شدہ الیکٹرون کو کنڈکٹیشن بینڈ میں لات مارتا ہے جس سے مثبت چارج شدہ الیکٹرون سوراخ رہ جاتے ہیں۔
صحیح خصوصیات والے سیمی کنڈکٹرز میں الیکٹرون ہول کے جوڑے اب بھی غیر جانبدار نیم ذرات کی شکل میں موجود ہوتے ہیں جنہیں ایکسیٹن کہا جاتا ہے۔ اس کے بعد ایکسیٹن میں الیکٹرون اور سوراخ وں کے دوبارہ امتزاج کے نتیجے میں فوٹون کا اخراج ہوتا ہے جس سے ایل ای ڈی سے نظر آنے والی روشنی کا اخراج ہوتا ہے۔
کم ایکسیٹن کثافت پر، تقریبا تمام ایکسیٹن میں تابکاری کے دوبارہ امتزاج کے لئے کافی جگہ ہے، اور ٹی ایم ڈی ایل ای ڈی کی کوانٹم پیداوار 100 فیصد کے قریب ہے۔ تاہم، جیسے جیسے ایل ای ڈی کی چمک بڑھتی ہے اور ایکسیٹن کی کثافت بڑھتی ہے، ایکسیٹن آپس میں ٹکرانے اور مٹانے لگتے ہیں، جس کے نتیجے میں غیر ریڈیٹیو ایٹینیویشن، یا ای ای اے، گرمی کی شکل میں ختم ہو جاتا ہے۔ نتیجہ: چمک بڑھنے کے ساتھ ساتھ اس انتہائی پتلے مواد کی فوٹولومینسینس کارکردگی کم ہو جاتی ہے۔
غیر ریڈیٹیو ای ای اے کی تعداد کا زیادہ تر انحصار سیمی کنڈکٹر انرجی بینڈ ڈھانچے کی تفصیلات پر ہے۔ برکلے کی تحقیقی ٹیم نے پایا کہ خاص طور پر ٹی ایم ڈی سیمی کنڈکٹرز کے لئے، ای ای اے کی تعداد وین ہوو سنگلوریٹی سے بڑھ جاتی ہے۔
وین ہوو واحدیت ایک سیمی کنڈکٹر کی توانائی کے ڈھانچے میں ایک معمولی تحریف ہے، جو ریاستوں کی کثافت میں اضافہ کرتا ہے (ممکنہ توانائی کی ریاستوں کی تعداد جس پر قبضہ کیا جا سکتا ہے) اس وقت.
ای ای اے کے مسئلے کو اعلی ایکسیٹن کثافت کے تحت حل کرنے کے لئے برکلے کے محققین نے ٹی ایم ڈی مواد کے توانائی بینڈ ڈھانچے کو ایڈجسٹ کرنے کے طریقوں کا مطالعہ کیا۔ انہوں نے پایا کہ یک طرفہ تناؤ کا اطلاق لفظی طور پر مواد کو تھوڑا سا کھینچنا اچھی طرح کام کرتا ہے۔
ٹیم نے اپنے تجربات میں بہت سے مختلف ٹی ایم ڈی نصب کیے جن میں سنگل لیر ڈبلیو ایس 2، ڈبلیو ایس ای 2 اور ایم او ایس 2 شامل ہیں۔ ایک لچکدار پلاسٹک سبسٹریٹ پر، ایک مسدس بورون نائٹرائڈ پرت (گیٹ انسولیٹر کے طور پر) اور ایک گرافین پرت (ایک گیٹ کے طور پر) شامل کیا گیا تھا. الیکٹروڈ). پھر، محققین نے ڈیوائس پر وولٹیج تعصب کا اطلاق کیا، ایکسیٹن پیدا کرنے کے لئے لیزر بیم کے ساتھ مواد کو پرجوش کیا، اور لیزر کی شدت (اور ایکسیٹن کثافت) میں اضافے کے ساتھ مواد کی فوٹولومائنسینس کوانٹم پیداوار کی پیمائش کی۔
ٹیم نے پایا کہ غیر کشیدہ ٹی ایم ڈی کے لئے، توقع کے مطابق، کوانٹم پیداوار ایکسیٹن کثافت میں اضافے کے ساتھ سڑ جاتی ہے۔ تاہم، لچکدار سبسٹریٹ کو تھوڑا سا جھکانا اور ٹی ایم ڈی پر 0.2 فیصد کا ٹینسل اسٹرین لگانے کے نتیجے میں رول آف کی مقدار میں نمایاں کمی آئے گی۔ جب ٹینسیل تناؤ 0.4 فیصد ہوتا ہے، تو اعلی چمک کے تحت کوئی موثر کارکردگی میں کمی نہیں ہوتی ہے، اور مواد ایکسیٹن کثافت سے قطع نظر تقریبا 100 فیصد فوٹولومینسینس کوانٹم پیداوار کو برقرار رکھ سکتا ہے۔
ٹیم کے تجزیے سے پتہ چلتا ہے کہ کوانٹم پیداوار پر تناؤ کا اثر سیمی کنڈکٹر انرجی بینڈ کے ڈھانچے میں "سیڈل پوائنٹس" کے وجود سے متعلق ہے جو اس کے توانائی کے منظر نامے میں پہاڑی چینل کی طرح ہے۔ غیر کشیدہ مواد میں، کاٹھی کا نقطہ، یعنی وان ہوو واحدیت کا علاقہ، ایکسیٹن پیدا کرنے والے ایکسیٹن کے خاتمے کی موافق توانائی کے قریب واقع ہے، جس سے اخراج کے خاتمے کی سطح میں اضافہ ہوتا ہے۔ مواد کو تھوڑا سا جھکانے سے بینڈ کے ڈھانچے کو نئی شکل دی جا سکتی ہے اور مکمل طور پر سیڈل پوائنٹ کو حرکت دی جا سکتی ہے تاکہ وین ہوو واحدیت ایکسیٹن کے خاتمے کے لئے سازگار نہ ہو۔ اس کے نتیجے میں، زیادہ ایکسیٹن تابکاری دوبارہ امتزاج کی اجازت دیتا ہے اور فوٹولومینسینس کی مقدار پیداوار میں اضافہ کرتا ہے۔
اگرچہ ٹیم کے زیادہ تر تجربات میں مختلف دو جہتی مادی چادروں کا میکانیکی چھلکا لگانا شامل ہے، محققین بڑے علاقے (سینٹی میٹر سطح) ڈبلیو ایس 2 شیٹس کی کوانٹم پیداوار پر دباؤ کے فائدہ مند اثرات کو بھی ثابت کرسکتے ہیں۔ ایک توسیعی کیمیائی بخارات جمع کرنے کے عمل سے اگایا. محققین کا خیال ہے کہ یہ اضافی دریافت ایل ای ڈی کی نئی نسل کے امکان کی طرف اشارہ کرتی ہے جو اعلی چمک پر کارکردگی کے نقصان سے متاثر نہیں ہوتی ہے۔
