Khám phá đột phá về đèn LED
Đèn LED đã trở thành một phần không thể thiếu trong cuộc sống hiện đại, từ những màn hình TV khổng lồ đến các bóng đèn chiếu sáng trong gia đình.
Tuy nhiên, không phải tất cả các vật liệu LED đều có cấu tạo và tính chất giống nhau. Bên cạnh các loại phổ biến như OLED hay QLED, còn tồn tại những vật liệu LED phức tạp hơn, thậm chí không có khả năng dẫn điện. Chính nhóm vật liệu này đã thu hút sự quan tâm đặc biệt của giới khoa học trong những năm gần đây.
Mới đây, một nhóm nghiên cứu từ Phòng thí nghiệm Cavendish thuộc Đại học Cambridge đã công bố một khám phá đột phá, hứa hẹn thay đổi hoàn toàn cách chúng ta nhìn nhận về công nghệ LED.
Theo nghiên cứu được đăng tải trên tạp chí Nature, các nhà khoa học đã thành công trong việc dẫn điện qua các hạt cách điện nhỏ, vốn dĩ không có khả năng dẫn điện. Những hạt này được cấu tạo từ nhiều nguyên tố khác nhau, bao gồm một số nguyên tố đất hiếm như neodymium và ytterbium.
Phát hiện này được kỳ vọng sẽ mở ra những hướng đi mới cho công nghệ LED nói chung.
Các nhà nghiên cứu cho biết, những hạt này, được gọi là hạt nano lanthanide cách điện (LnNPs), phát sáng rất mạnh khi có ánh sáng chiếu vào. Tuy nhiên, việc làm cho chúng dẫn điện luôn là một thách thức lớn. Các nỗ lực trước đây cho thấy điện tích thường không thể truyền đến các ion lanthanide bên trong nếu không có nhiệt độ hoặc điện áp cực cao.
Để giải quyết vấn đề này, nhóm nghiên cứu đã tìm cách lai ghép các hạt. Họ sử dụng các phân tử thuốc nhuộm hữu cơ 9-ACA kết hợp với các hạt nano LnNPs, cho phép thay thế các chất cách điện bề mặt trên các hạt. Điều này giúp chúng có thể được tích điện bằng kỹ thuật truyền năng lượng bộ ba.
Cơ chế hoạt động
Theo nghiên cứu, trở ngại lớn nhất ngăn cản việc kích thích điện các hạt nano LnNP là khoảng cách năng lượng của chúng. Trước đây, điều này đã hạn chế việc sử dụng các hạt này chỉ trong việc chụp ảnh mô sâu không dựa vào năng lượng điện.
Tuy nhiên, bằng cách thay thế các chất cách điện bề mặt, các nhà nghiên cứu đã khắc phục được vấn đề cốt lõi này, từ đó mở ra khả năng sử dụng các hạt này trong nhiều ứng dụng LED mở rộng hơn.
Sau khi thực hiện các thay đổi, các nhà khoa học đã có thể bơm electron vào lớp hữu cơ, tạo thành cái mà họ gọi là "exciton". Từ đây, năng lượng được truyền đến các ion lanthanide, cho phép chúng phát ra ánh sáng cận hồng ngoại (NIR) gần như hoàn toàn tinh khiết.
Hiệu suất và độ hẹp của ánh sáng này thậm chí còn vượt trội hơn hầu hết các đèn LED NIR hữu cơ khác.
Các nhà nghiên cứu nhận định, những đèn LED Ln mới này mở ra nhiều khả năng cho quang điện tử lai trong các công cụ y sinh, đặc biệt là trong các ứng dụng chụp ảnh sâu với khả năng ít bị phai màu.
Mặc dù vẫn còn phải chờ xem liệu bước tiến này có tầm ảnh hưởng lớn như các nghiên cứu trước đây nhằm mục đích làm cho tia X an toàn hơn hay không, nhưng đây chắc chắn là một cánh cửa mở ra nhiều khả năng mới. Các nhà nghiên cứu cho biết họ vẫn muốn cải thiện độ sáng mà các đèn LED lai mới này mang lại.
Tuy nhiên, phương pháp hiện tại có thể dễ dàng mở rộng sang các chất cách điện khác, cho phép tiến hành nhiều thử nghiệm hơn nữa.
