Учените създадоха най-малкия пиксел в света. Защо досега това не се удаваше?
Хората желаят екраните на техните устройства да бъдат по-ясни и по-ярки. За да се реализира това, пикселите би трябвало да стават все по-малки. Това е изключително настоящо за устройствата с добавена и виртуална действителност (AR/VR), където дисплеят е ситуиран покрай очите и забележимите пиксели доста нарушават потапянето в действителността.
И тук поражда казусът. Когато пикселът въз основата на органически светодиод (OLED) се понижи до наноразмер, той стопира да работи както би трябвало. Неговата успеваемост понижава, яркостта спада и той бързо се поврежда. Причината за това се крие във физиката на електрическото поле.
Проблемът с острите краища
Обикновеният OLED пиксел се състои от няколко пласта органични материали сред два електрода. Когато подадете напрежение, единият електрод (анод) инжектира позитивно заредени „ дупки “, а другият (катод) – негативно заредени електрони. Те се срещат в междинния, емисионен пласт, рекомбинират и излъчват светлина.
В един огромен пиксел това работи чудесно. Но когато го смалите до размер, да речем, 300 на 300 нанометра, в игра влизат граничните резултати. Краищата на наноелектрода стават извънредно остри в атомарен мащаб. Всеки физик ще ви каже, че електрическот поле се концентрира точно на острите проводими ръбове, създавайки зони с извънредно висока активност.
А това води до две отрицателни последствия:
Неравномерно подаване на зарядите. Токът стартира да тече главно през тези точки по краищата, а не през цялата повърхнина на пиксела. Поради това по-голямата част от силата се трансформира в топлота, а не в светлина. Образуване на железни влакна. Силното поле изтръгва атомите на метала от електрода. От тях израстват тънки влакна. Когато нишката доближи втория електрод, се получава късо съединяване. Пикселът стопира да работи.Дълго време тази преграда пречеше на производството на OLED екрани с доста дребни пиксели.
Но учени от Университета във Вюрцбург предложиха способ, който ще помогне за тяхното основаване.
Ами в случай че просто изолираме краищата?
Вместо да се борят с острите краища, откривателите взеха решение да ги обезвреждат. Те са взели златен наноелектрод и са го покрили напълно с тъничък пласт диелектрик – материал, който не организира електрическия ток.
След това в средата на това покритие са създали дребна дупка, наречена наноапертура.
Какво се трансформира с това? Сега токът не може да тече през проблематичните ръбове, тъй като те са затворени. Единственият път за зарядите е през равната повърхнина на златото в центъра на отверстието. На това място електрическото поле е еднородно и контролируемо.
Принципната структура на нано-OLED пиксел с самостоятелно следен наноелектрод От концепцията до работещия нанопиксел
За да тества метода, екипът основава тестови устройства. Те съпоставят работата на стандартните наноелектроди и новите с изолационно покритие и отвор.
В последна сметка устройството без предпазен пласт се е развалило след три минути заради повишаване на металните влакна. Устройството с наноотвор работило устойчиво през всичките 30 минути на опита. От общо 33 направени пиксела 30 броя са посочили съвсем идентична и постоянна работа. Това демонстрира, че технологията е добре възпроизводима.
След това учените сглобяват пълноценна нано-OLED матрица с размер на пиксела 300 на 300 нанометра.
Новият пиксел показва висока бляскавост, сравнима с тази на комерсиалните екрани, и добра успеваемост. За толкоз дребен първообраз това е чудесно показване. Пикселът също по този начин се включва и изключва доста бързо, по-бързо от нужното за видео.
Но към момента оставаше още едно нещо, което трябваше да се вземе поради. Създаването на светлина е половината от борбата. Как дейно да я пуснете от такава дребна конструкция? И тук се намесва различен аспект на това проучване.
Сравнение за стабилността на устройствата, основани на златни (Au) антени: с наноапертура (сините линии) и без нея (червените линии) Допълнителен съставен елемент: плазмонната антена
Изборът на злато за долния електрод не е инцидентен. В наномащаб структурираният метал към този момент не е просто проводник. Той се трансформира в плазмонна наноантена.
Плазмоните са груповите трептения на електроните в метала. Когато светлината, подбудена в органичния пласт, взаимодейства със златната наноструктура, тя раздрусва тези електронни вибрации. На собствен ред тази „ разтърсена “ антена доста дейно преизлъчва сила под формата на светлина в околното пространство.
Всъщност златният наноелектрод извършва двойна функционалност: той служи като постоянен контакт и в това време е антена, която насочва и дейно излъчва генерираната светлина. По този метод се взема решение казусът с ниското светлинно лъчение, особено за наноразмерните източници.
Какви са вероятностите?
Това научно изобретение бележи нов пробив в нанотехнологиите, защото учените сътвориха най-малкия пиксел, постиган в миналото. Дълго време физическите бариери и софтуерните провокации правеха това невероятно, ограничавайки развиването на екраните. Ето че в този момент излиза наяве за какво пиксел технологията е срещала толкоз компликации на това равнище и по какъв начин новият способ най-сетне заобикаля тези проблеми, отваряйки вратата за напълно ново потомство екрани и датчици.
Тази изследователска работа демонстрира работещ метод за превъзмогване на главната спънка пред основаването на екрани със свръхплътни пиксели. Което евентуално ще докара до основаването и стартирането в комерсиалната мрежа на постоянни и ярки светодиоди с размери, считани до момента за непрактични.
