Обнаружен материал, генерирующий интенсивное зеленое свечение, который, возможно, позволит создать зеленые светодиоды и лазеры.

В 2014 году физики из Японии и США Исаму Акасаки, Хироси Амано и Сюдзи Накамура получили Нобелевскую премию за создание на основе нитрида галлия синих светодиодов, работающих в диапазоне длин волн 400–450 нанометров (1 нм = 10^-9 м). Это совершило настоящую революцию в создании дешевых и экологичных источников света.

Зеленая люминесценция исследуемого материала.

Следующей задачей стало создание зелёных светодиодов с диапазоном 520–550 нм. Стоит вспомнить, что такие источники света нужны, например, для формирования на экранах телевизоров и мониторов полноценного цветного изображения, которое образуется путем смешивания красного, синего и зеленого цветов. Однако дальнейшему продвижению в этом направлении сопутствовали трудности.

Физики не смогли плавно изменить свойства уже имеющихся материалов, чтобы получить излучение в нужном диапазоне. Так, нитрид галлия, которым пользовались нобелевские лауреаты, сам по себе излучает ультрафиолет. Для создания синих светодиодов к нему добавили индий. Но если попытаться добавить еще больше индия, чтобы получить зеленое излучение, то возникают как химические проблемы, так и квантовомеханические. Получить материал с нужными свойствами не удалось. Подобные проблемы возникли и при модификации материалов, дающих красное излучение.

Возможное решение задачи нашли российские исследователи из Института физики полупроводников (ИФП) СО РАН и лаборатории молекулярной фотоники НГУ во главе с заведующим лабораторией мощных газовых лазеров Дмитрием Закревским, ведущим научным сотрудником Константином Журавлевым (лаборатория молекулярно-лучевой эпитаксии соединений A₃B₅) и главным научным сотрудником Петром Боханом. 

Работая над созданием светодиодов и твердотельных лазерных диодов, они обнаружили, что дефекты (нарушения структуры кристаллической решетки) в слоях соединения нитрида алюминия-галлия (AlGaN) с добавлением кремния при содержании алюминия по отношению к галлию более 50% дают эффект очень яркой люминесценции практически во всем диапазоне видимого света. Дальнейшие исследования показали, что длина волны излучения зависит от количества алюминия. При изменении доли алюминия она проходит практически весь спектральный диапазон видимого света от оранжевого (при 50 %) до фиолетового (при 100 %).

Сейчас идут интенсивные исследования материала и технологии его получения. В частности, уже выяснено, что интенсивность зеленого свечения достигает своего максимума при содержании алюминия в соединении 60–70 %. Также идёт работа над выяснением природы дефектов, дающих зеленую люминесценцию.

Близко к завершению изготовление опытного экземпляра зелёного светодиода на основе AlGaN, который должен продемонстрировать эффективность использования этого альтернативного материала для светоизлучающих устройств. Первые результаты измерения коэффициента усиления активной среды (очень важного параметра для создания лазера, определяющего его мощность), дают достаточно большую величину, что вселяет в исследователей оптимизм.

Область возможного применения зелёных лазеров очень широка: в наземных и подводных локаторах, дальномерах, системах посадки самолетов и проводки судов, устройствах указания и топографического визирования, скоростной интерферометрии и фотографии, проекционного телевидения, аппаратуры диагностики живых клеток и т. д. На основе выявленного физиками эффекта могут быть созданы сверхбыстрые лазеры с длительностью световых импульсов порядка 10^-15 секунды.

По материалам пресс-релиза Новосибирского государственного университета