智能手机、笔记本电脑和照明应用程序依靠发光二极管（LED）发光。但是这些LED技术发光越亮，效率就越低，释放出更多的热量而不是光。
现在，据《科学》杂志报道亚博老虎机网登录，劳伦斯伯克利国家实验室（伯克利实验室）和加州大学伯克利分校（UC Berkeley Lab）的研究人员领导的团队展示了一种在所有亮度水平下实现近100%发光效率的方法。
他们的方法侧重于拉伸或压缩半导体薄膜，以有利于改变其电子结构。
该团队确定了半导体的电子结构是如何决定材料内高能粒子之间的相互作用的。yabo214这些粒子有时会yabo214相互碰撞和湮灭，在这个过程中以热量的形式失去能量，而不是发光。改变材料的电子结构降低了湮灭的可能性，并导致了能量到光的近乎完美的转换，即使在高亮度下。
“放热总是比放光容易，特别是在高亮度水平下。在我们的工作中，我们能够将损失过程减少一百倍。”伯克利实验室的高级科学家、加州大学伯克利分校的电气工程和计算机科学教授阿里·哈维说。亚博老虎机网登录
LED的性能取决于激子
伯克利团队的发现是利用一种被称为过渡金属二卤族半导体材料的单一3个原子厚的层，这种半导体材料受到机械应力的作用。这些薄材料具有独特的晶亚博网站下载体结构，从而产生了独特的电子和光学特性:当它们的原子通过电流或强光激发时，就会产生被称为激子的高能粒子。yabo214
激子可以通过发光或发热来释放能量。激子发光而不是发热的效率是决定led最终性能的重要指标。但是，要达到高绩效，需要的恰恰是合适的条件。
“当激子浓度较低时，我们以前发现了如何实现完美的发光效率。”这篇论文的主要作者之一、加州大学伯克利分校研究生谢赫·齐亚·乌丁说。他和他的同事已经证明，化学或静电充电的单层材料可以导致高效率的转换，但只在低浓度的激子。亚博网站下载
然而，对于光学和电子器件通常工作的高激子浓度，太多的激子会相互湮灭。伯克利团队的新研究表明，在高浓度下实现高性能的诀窍在于调整材料的能带结构，这是一种控制激子相互作用的电子特性，可以降低激子湮灭的概率。
“当产生更多的激发态粒子时，平衡倾向于产yabo214生更多的热而不是光。在我们的工作中，我们首先了解了这种平衡是如何被带结构控制的。”博士后研究员、这项工作的联合主要作者Hyungjin Kim说。这种理解促使他们提出利用物理应变以可控的方式修改能带结构。
高性能的紧张
研究人员首先小心地放置一个薄的半导体（二硫化钨，简称WS）2)在柔性塑料基板上的薄膜。通过弯曲塑料基板，他们在薄膜上施加了少量的应变。与此同时，研究人员用不同强度的激光束聚焦在薄膜上，更强的激光束导致激子的浓度更高——电子设备中的高“亮度”设置。
通过详细的光学显微镜测量，研究人员可以观察到这种材料发射的光子数量是它从激光吸收的光子的一部分。他们发现，通过适当的张力，这种材料在所有亮度水平下都能近乎完美地发光。
为了进一步了解材料在应变下的行为，研究小组进行了分析建模。
他们发现，由于“鞍点”的存在，激子之间的热损失碰撞增强了。“鞍点”是指在单层半导体的能带结构中自然发现的能量表面弯曲的区域，类似于两座山峰之间的山口。
施加机械应变使这一过程的能量发生轻微变化，使激子离开鞍点。结果，粒子的碰撞倾向降低了，在高浓度yabo214带电粒子时效率的降低不再是问题。
“这些单层半导体材料在光电应用方面很有吸引力，因为尽管其晶体中存在大亚博网站下载量缺陷，但它们独特地在高亮度水平下也能提供高效率。”哈维说。
伯克利实验室团队的未来工作将集中在使用这种材料制造实际的LED设备，以进一步测试在不断增加的亮度下该技术的高效率。
伯克利实验室的教员科学家、加州大学伯克利分校的化学教授Eran Rabani和加州大学伯克利分校的博士后研究员Higashitarumizu Naoki也对这项工作做出了贡献。
这项研究得到了美国能源部科学办公室的支持。亚博老虎机网登录
资料来源：https://www.lbl.gov/