納米科學：原子計算預測硼摻入會提高LED的效率！
高功率白光LED面臨著密西根體育場在比賽當天所面臨的同樣問題 - 太多人太小。當然，LED裡面沒有人。但是有許多電子需要相互避免並最大限度地減少碰撞，以保持LED效率高。在NERSC計算機構使用預測原子計算和高性能超級計算機，密西根大學的研究人員Logan Williams和Emmanouil Kioupakis發現，將元素硼摻入廣泛使用的InGaN（氮化銦鎵）材料中可以防止電子變得過多擁擠的LED，使材料更有效地產生光。
現代LED由彼此疊置的不同半導體材料層製成。最簡單的LED有三個這樣的層。一個層是用額外的電子放入材料中製成的。另一層是用太少的電子製成的，電子所在的空間稱為空洞。然後，夾在另外兩個之間的薄中間層決定了LED發出的光的波長。當施加電流時，電子和空穴移動到中間層，在那裡它們可以結合在一起產生光。但是如果我們在中間層擠壓太多電子以增加從LED發出的光量，那麼電子可能會相互碰撞而不是與空穴結合產生光。這些碰撞在稱為俄歇複合的過程中將電子能量轉換為熱量並降低LED的效率。
解決這個問題的方法是在中間層留出更多的空間讓電子（和空洞）四處移動。較厚的層將電子擴散到更寬的空間，使它們更容易相互避開並減少碰撞所損失的能量。但是，使這個中間LED層更厚並不像聽起來那麼簡單。
因為LED半導體材料是晶體，所以製造它們的原子必須以彼此分開的特定規則距離排列。晶體中規則的原子間距稱為晶格參數。當晶體材料在層中彼此生長時，它們的晶格參數必須相似，以使原子的規則排列與材料連接的位置匹配。否則，材料會變形以匹配其下面的圖層。小變形不是問題，但如果頂部材料生長得太厚並且變形變得太強，那麼原子就會變得不對齊，從而降低LED效率。最受歡迎的材料對於藍色和白色LED，今天是由GaN層包圍的InGaN。不幸的是，InGaN的晶格參數與GaN不匹配。這使得生長更厚的InGaN層以減少電子碰撞的挑戰。
Williams和Kioupakis發現，通過在這個中間InGaN層中包含硼，其晶格參數變得更加類似於GaN，甚至對於某些濃度的硼也變得完全相同。此外，即使材料中包含全新元素，BInGaN材料發射的光的波長也非常接近InGaN的波長，並且可以在整個可見光譜中調諧到不同的顏色。這使得BInGaN適合於在更厚的層中生長，減少電子碰撞並提高可見LED的效率。
儘管這種材料有望產生更高效的LED，但重要的是它可以在實驗室中實現。Williams和Kioupakis還表明，使用現有的InGaN生長技術可以在GaN上生長BInGaN，從而可以快速測試和使用這種材料用於LED。儘管如此，應用這項工作的主要挑戰仍在於微調如何以足夠高的量將硼摻入InGaN中。但是這項研究為實驗者提供了一個令人興奮的途徑，可以探索製造功能強大，高效且價格合理的新型LED。