明亮而微小的光：科學家們製造出更好的納米級LED

新設計克服了長期存在的LED效率問題可以轉換為雷射來啟動。

發光二極體的新設計可實現亮度的顯著提高以及產生雷射的能力，這些特性使其在一系列應用中有價值。

與傳統的亞微米尺寸LED設計相比，該器件的亮度提高了100到1000倍。

由國家標準與技術研究院（NIST）的科學家組成的團隊開發的一種新的發光二極體（LED）設計可能是克服長期以來對光源效率的限制的關鍵。

該概念已在實驗室中用微型LED進行了演示，可實現亮度的顯著提高以及產生雷射的能力，所有這些特性使其在一系列大規模和小型化應用中有價值。

該團隊還包括來自馬裡蘭大學，倫斯勒理工學院和IBM託馬斯·J·沃森研究中心的科學家，並在發表在《科學進展》雜誌上的一篇論文中詳細介紹了其工作。

與傳統的亞微米級微型LED設計相比，他們的設備的亮度提高了100到1000倍。

這是製造LED的新架構，他們使用的材料與傳統LED相同，區別在於它們的形狀。

LED已經存在了幾十年，但是高亮度LED的開發獲得了諾貝爾獎，並開創了照明的新紀元。

但是，即使是現代LED，其局限性也使他們的設計師感到沮喪。

在某種程度上，給LED提供更多的電力會使它的亮度更高，但很快亮度就會下降，從而使LED效率極低。

這被業界稱為「效率下降」，這代表了LED在從通訊技術到殺滅病毒等許多有前景的應用中的使用方式。

儘管他們新穎的LED設計克服了效率下降的問題，但研究人員最初並未著手解決這一問題。

他們的主要目標是創建一種微型LED，用於非常小的應用，例如NIST和其他地方的科學家所追求的晶片實驗室技術。

該團隊針對發光的LED進行了全新設計的實驗：與常規LED所採用的平面設計不同，研究人員使用細長的氧化鋅細線（稱為鰭）構建了光源。

長而細是相對的術語：每個鰭的長度僅約5微米，在人的平均頭髮寬度上延伸約十分之一。

它們的鰭陣列看起來像一個細小的梳子，可以延伸到1英寸大的區域。

他們新穎的設計在跨越紫羅蘭色和紫外線之間的波長上發出了耀眼的光芒，產生的功率是典型微型LED的100到1000倍。

典型的面積小於平方微米的LED發光功率約為22納瓦，但這種發光二極體最多可產生20毫瓦。

這表明該設計可以克服LED的效率下降，從而使光源更明亮。

社區一直在努力提高LED效率，而其他方法在應用於亞微米波長的LED時經常遇到技術問題，這種方法很好地完成了工作。

隨著電流的增加，該團隊又發現了一個令人驚訝的發現，當LED首先在一定波長範圍內發光時，其相對較寬的發射最終會縮小為深紫色的兩個波長。

解釋變得很明確：他們的微型LED變成了微型雷射。

將LED轉換為雷射需要花費很大的精力，通常需要將LED耦合到諧振腔，諧振腔可以使光彈回以形成雷射器，看來鰭設計可以自己完成全部工作，而無需添加另一個空腔。

對於晶片規模的應用而言，微小的雷射不僅對於化學感應至關重要，而且對於下一代手持式通訊產品，高清顯示器和消毒設備而言也至關重要。

作為重要的組成部分，它具有很大的潛力，雖然這不是人們製造的最小的雷射器，但它是一種非常明亮的雷射器，不存在效率下降會使其變得有用。