1. 核心发现老树发新芽斯坦福大学的材料工程师开创性地提出了一种极富前景的全新方法旨在改进红外发光二极管LEDs以及传感器。“老狗新把戏”资深作者、斯坦福大学材料科学与工程助理教授库纳尔·穆克吉Kunal Mukherjee形象地表示“我们让老狗学会了新把戏。这些材料是历史记载中最为古老的半导体材料之一。我们成功探寻到一种方法将它们与现代技术完美融合进而制造出一种新型红外二极管并以至关重要的方式实现对红外光的精准控制。”涉及材料该方法涉及V - VI族材料具体为硒化铅Lead selenide和硒化锡铅Lead tin selenide。应用前景这一重大突破有望催生更为小巧、纤薄且经济实惠的红外技术其应用领域将广泛覆盖环境监测、医疗以及工业等诸多领域。2. 技术亮点与优势A. 发射特定波长的红外光新型二极管所发射的红外光波长处于4000 - 5000纳米nm的理想区间。在环境监测方面该二极管适用于检测空气中的气体例如天空中的温室气体。在医疗应用方面它适用于二氧化碳监测仪等设备。B. “缺陷容忍”Defect Tolerant这是该方法意外收获的一大显著益处。现状在纳米级晶体制造过程中要实现绝对的精密几乎是天方夜谭现代半导体通常难以对缺陷予以容忍。突破这种新材料即便存在大量缺陷每平方厘米数十亿个缺陷依然能够正常运转。成本效益这种“宽容度”极大地降低了制造新设备的成本。此外鉴于这些半导体材料已得到充分研究它们有可能依托现有的芯片制造基础设施进行生产无需进行昂贵的工厂改造便可实现商业化规模生产。3. 工程挑战与解决方案工程上的关键挑战在于如何将这些“复活”的材料与现代技术有机结合。所有半导体均由晶格构成不同材料的层必须在不借助粘合剂的情况下实现电子结合。研究团队历经5年之久运用分子束外延Molecular Beam Epitaxy技术将复杂的晶体一层一层、一个原子一个原子地精心构建起来。第一项研究发表于《先进光学材料》主导贾罗德·迈耶Jarod Meyer和利兰·诺丁Leland Nordin。成果详细描述了将这些古老半导体材料与主流晶体如砷化镓相结合的集成技术和制造流程。发现尽管存在大量缺陷二极管的发光亮度却出奇地高。第二项研究发表于《纳米快报》主导研究生普佳·雷迪Pooja Reddy。成果阐述了一种精妙的方法来操控晶体结构。通过微小却精准的温度调整使材料在两种有序的晶体结构之间实现转换从而达成对红外光的调制和控制。科学成就Mukherjee 教授强调大多数研究是在晶体的“无序”和“有序”状态之间切换而这项研究的难点和卖点在于在保持与砷化镓结合的同时实现了两种有序状态之间的转换。这种结构转变改变了光在晶体中的传播方式从透明到不透明从而实现开关或强度控制。4. 未来展望Mukherjee 教授希望改变现状预见新一代的红外设备将更加现代化、具有成本竞争力且易于制造。波长范围工程师现在可以利用这些更新后的材料与其他半导体集成并诱导晶体发生物理变化制造出波长范围接近10,000 nm的新型红外设备。潜在用途环境监测检测气体泄漏。需要精密红外传感器的工业和医疗过程。非侵入式温度测量设备。Mukherjee 总结道“历史上LED领域的大多数技术开发都集中在可见光上。相比之下红外应用人眼不可见发展较慢因此当今的红外技术往往体积庞大、昂贵且设计笨拙。我们希望这些发展能引领红外技术的新时代。”永霖光电-UVSIS-UVLED紫外线应用专家-独家发布