Один из подходов к проблеме демонстрируют американские материаловеды, работающие с нанокристаллами на основе оксида европия и оксида алюминия, которые сулят спектральные характеристики светодиодов, максимально приближенные к солнечному свету.

Группа исследователей из Университета Джорджии, Оукриджской национальной лаборатории и Аргонской национальной лаборатории Министерства энергетики США изучает свойства особых нанокристаллов, которые могут послужить основой для белых светодиодов (LED) нового поколения.

Сейчас различают два основных типа белых светодиодов — многокристальные и люминофорные.

Первые обычно представляют собой трёхкомпонентные (RGB) изделия, имеющие полупроводниковые излучатели красного, зелёного и синего свечения, объединённые в одном корпусе: белый свет получается путём смешивания излучений других цветов.

Люминофорные устройства содержат слой специального люминофора, преобразующего в результате фотолюминесценции часть излучения ультрафиолетового или синего светодиода в свет относительно широкой спектральной полосы с максимумом в области жёлтого. Излучения светодиода и люминофора, смешиваясь, дают искомый белый свет разных оттенков.

Однако получить спектральные характеристики, близкие к солнечному свету, при помощи одного люминофора довольно сложно.

Рис. 1. Иллюстрация Оукриджской национальной лаборатории Минэнерго США.

Поэтому учёные экспериментируют с новой группой нанокристаллов, которые могут стать «идеальной основой для белых светодиодов». При их выращивании используются оксиды европия и алюминия.

«В этих кристаллах удивительно то, что они обеспечивают свечение разного цвета: оранжевого, пурпурного, зелёного или жёлтого, — поясняет материаловед Джон Будаи (John Budai) из Оукриджской национальной лаборатории. — Вопрос в том, почему нанокристаллы дают разные цвета? Выясняется, что всё дело в атомной структуре».

Проведённое при помощи метода дифракции рентгеновских лучей исследование показало, что

две из трёх изучаемых кристаллических структур в группе люминофоров до сих пор никогда не встречались.

Выяснилось, что

жёлтый и синий люминофоры не растут до крупных кристаллов; они имеют нанокристаллическую структуру, а потому и иные фотолюминисцентные свойства.

Изучаемые люминофоры обладают разным атомным строением. Что зависит от многих факторов, влияющих на рост кристаллов: температуры, типа газа, соотношения компонентов и пр. Однако пока исследователи не готовы дать полное объяснение тому, от чего именно зависит получаемый цвет свечения. Между тем главные применения их разработки очевидно — это LED-лампы нового поколения и волоконно-оптические технологии.

Отчёт об исследовании представлен в журнале Advanced Functional Materials.