Загадка энергии электронов: раскрыта роль эффекта Оже-Мейтнер в работе светодиодов и транзисторов
Дефекты материала часто снижают качество работы, например, светодиодов. У науки ранее было чёткое понимание того, как дефекты приводят к потере заряда в веществах, излучающих красный или зелёный свет. Но причины таких потерь в излучателях синего или ультрафиолетового света оставались неясными.
Исследователи из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре раскрыли решающую роль в этом эффекта Оже-Мейтнер — это механизм, который позволяет электрону терять энергию, переводя другой электрон в состояние с более высокой энергией.
Эффект Оже-Мейтнер — это вылет электрона из атомной оболочки. Так называемая вакансия может возникнуть при выбивании другого электрона рентгеновским или гамма-излучением, электронным ударом, а также в результате ядерных процессов — внутренней конверсии при переходе между уровнями ядра либо захвата электрона ядром. Явление впервые обнаружила и опубликовала в 1922 году Лиза Мейтнер. Пьер Оже, имя которого также получил эффект, независимо от неё обнаружил явление в 1923 году.
— Крис Ван де Валле, профессор материаловедения, руководитель исследования.
Новая методология показала, что эффект Оже-Мейтнер может приводить к таким потерям энергии, которые на порядок превышают вызванные другими механизмами. Тем самым вывод учёных разрешил загадку того, как дефекты влияют на эффективность излучателей синего или ультрафиолетового света.
Наблюдения описанного явления восходят к 1950-м годам. Тогда исследователи из Bell Labs и General Electric обнаружили его пагубное воздействие на транзисторы. Профессор Ван де Валле объяснил, что электроны могут попасть в дефектные участки и потерять способность выполнять своё предназначение в устройстве, будь то усиление заряда в транзисторе или излучение светодиодом. Предполагалось, что энергия, потерянная в процессе перестроения электронов, высвобождается в форме фононов, то есть колебаний решётки, которые нагревают устройство.
Группа Ван де Валле ранее смоделировала этот процесс, связанный с фононами, и обнаружила, что он должным образом соответствует наблюдаемой потере эффективности светодиодов, излучающих свет в красной или зелёной областях спектра. Однако для синих или ультрафиолетовых светодиодов модель ответа не дала: большее количество энергии, переносимой электронами на этих более коротких длинах волн, просто не может быть рассеяно в форме фононов.
Сотрудник научной группы Фанчжоу Чжао пояснил, что как раз в таких случаях вступает в действие процесс Оже-Мейтнер. Исследователи обнаружили, что вместо высвобождения энергии в виде фононов электрон передает свою энергию другому электрону, который переходит в более высокое энергетическое состояние.
Ранее в том же университете группа профессора Джеймса Спека уже предполагала влияние процесса Оже-Мейтнер. Чжао с коллегами разработали методологию, которая в сочетании с передовыми вычислениями окончательно установила решающую роль процесса Оже-Мейтнер при потере эффективности.
При работе с нитридом галлия, основным материалом для коммерческих светодиодов, скорости рекомбинации электронов были в миллиард и более раз выше, чем если бы речь шла о процессе с фононами. Рекомбинация с точки зрения физики — это исчезновение пары свободных носителей противоположного заряда (электрона и дырки) в среде с выделением энергии.
Исследователи надеются, что их результаты улучшат понимание механизмов рекомбинации не только в полупроводниковых излучателях света, но и в любом материале, в котором дефекты ограничивают эффективность.
Исследователи из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре раскрыли решающую роль в этом эффекта Оже-Мейтнер — это механизм, который позволяет электрону терять энергию, переводя другой электрон в состояние с более высокой энергией.
Эффект Оже-Мейтнер — это вылет электрона из атомной оболочки. Так называемая вакансия может возникнуть при выбивании другого электрона рентгеновским или гамма-излучением, электронным ударом, а также в результате ядерных процессов — внутренней конверсии при переходе между уровнями ядра либо захвата электрона ядром. Явление впервые обнаружила и опубликовала в 1922 году Лиза Мейтнер. Пьер Оже, имя которого также получил эффект, независимо от неё обнаружил явление в 1923 году.
Хорошо известно, что дефекты или примеси, которые называют ловушками, снижают эффективность светодиодов и других электронных устройств
— Крис Ван де Валле, профессор материаловедения, руководитель исследования.
Новая методология показала, что эффект Оже-Мейтнер может приводить к таким потерям энергии, которые на порядок превышают вызванные другими механизмами. Тем самым вывод учёных разрешил загадку того, как дефекты влияют на эффективность излучателей синего или ультрафиолетового света.
Наблюдения описанного явления восходят к 1950-м годам. Тогда исследователи из Bell Labs и General Electric обнаружили его пагубное воздействие на транзисторы. Профессор Ван де Валле объяснил, что электроны могут попасть в дефектные участки и потерять способность выполнять своё предназначение в устройстве, будь то усиление заряда в транзисторе или излучение светодиодом. Предполагалось, что энергия, потерянная в процессе перестроения электронов, высвобождается в форме фононов, то есть колебаний решётки, которые нагревают устройство.
Группа Ван де Валле ранее смоделировала этот процесс, связанный с фононами, и обнаружила, что он должным образом соответствует наблюдаемой потере эффективности светодиодов, излучающих свет в красной или зелёной областях спектра. Однако для синих или ультрафиолетовых светодиодов модель ответа не дала: большее количество энергии, переносимой электронами на этих более коротких длинах волн, просто не может быть рассеяно в форме фононов.
Сотрудник научной группы Фанчжоу Чжао пояснил, что как раз в таких случаях вступает в действие процесс Оже-Мейтнер. Исследователи обнаружили, что вместо высвобождения энергии в виде фононов электрон передает свою энергию другому электрону, который переходит в более высокое энергетическое состояние.
Ранее в том же университете группа профессора Джеймса Спека уже предполагала влияние процесса Оже-Мейтнер. Чжао с коллегами разработали методологию, которая в сочетании с передовыми вычислениями окончательно установила решающую роль процесса Оже-Мейтнер при потере эффективности.
При работе с нитридом галлия, основным материалом для коммерческих светодиодов, скорости рекомбинации электронов были в миллиард и более раз выше, чем если бы речь шла о процессе с фононами. Рекомбинация с точки зрения физики — это исчезновение пары свободных носителей противоположного заряда (электрона и дырки) в среде с выделением энергии.
Исследователи надеются, что их результаты улучшат понимание механизмов рекомбинации не только в полупроводниковых излучателях света, но и в любом материале, в котором дефекты ограничивают эффективность.
- Дмитрий Ладыгин
- scitechdaily.com
Наши новостные каналы
Подписывайтесь и будьте в курсе свежих новостей и важнейших событиях дня.
Рекомендуем для вас
Таинственная «дверь» обнаружена в Антарктиде
Теория заговора против официальной науки: кто окажется прав?...
15 000 американских городов станут призраками в ближайшие десятилетия
Ученые уверены, что «там просто некому будет жить»....
Не по вкусу: комары пьют кровь не у всех подряд
Полезно понимать для защиты от опасных насекомых....
НЛО управляют армией беспилотников, которые следят за военными базами США
Загадочные дроны буквально терроризируют американских военных летчиков....
Странный случай: укус змеи подействовал на австралийца спустя 15 часов
Только 10% укушенных на самом деле получают дозу яда....
Собаки поднялись на новую ступень эволюции
Третья стадия одомашнивания — что это значит?...
20 млн жителей США могут остаться без воды
Великие озера поразила небывалая засуха....
Первые оседлые люди в Европе: в Сербии обнаружили дом возрастом 8000 лет
Обгорелое жилище перевернуло представления о ранних поселенцах....
Вспененный гель быстро останавливает кровотечение и снижает риск заражения
Учёные изобрели спасающую жизнь «повязку»....
Кошки могут понимать многие слова
Но для экспериментов голос хозяина произносил бессмыслицу....
Google срочно переходит на атомную энергию
АЭС опасны, но у Америки просто нет выхода....
Первая частная космическая станция появится на орбите в 2025 году
Комплекс, созданный с учетом проблем астронавтов, потянул на миллиард долларов....
Американские ученые отрицают ускорение глобального потепления
Формально, так и есть, но это ещё не всё....
Окаменелости в Индии рассказали о самом раннем случае разделки слонов людьми
Это произошло не менее 300 тысяч лет назад....
Детекторы ИИ ложно обвинили студентов в плагиате
Ничто не ново на всё 100%....
Режиссер фильма «Я, робот» утверждает, что Илон Маск крадет его идеи
Смех смехом, но новые проекты Маска удивительно похожи на кадры из фильма....