由美國國家標準與(yu) 技術研究所(NIST)的科學家組成的團隊開發的一種新型發光二極管(LED)可能是克服長期以來光源效率限製的關(guan) 鍵。這一概念在實驗室用微型LED進行了演示，實現了亮度的大幅提高以及產(chan) 生激光的能力——所有這些特性都使其在大規模和小型化應用中具有極高的價(jia) 值。 

該團隊還包括來自馬裏蘭(lan) 大學、倫(lun) 斯勒理工學院和IBM托馬斯·J·沃森研究中心的科學家，他們(men) 的研究發表在同行評議期刊《科學進展》上，論文中詳細介紹了他們(men) 的工作。他們(men) 的設備顯示亮度比傳(chuan) 統的亞(ya) 微米大小的LED設計增加了100到1000倍。

“這是製造LED的新架構。”NIST的Babak Nikoobakht說，他構思了這個(ge) 新設計。“我們(men) 使用與(yu) 傳(chuan) 統LED相同的材料。我們(men) 的不同之處在於(yu) 它們(men) 的形狀。”

LED燈已經存在了幾十年，但明亮的LED的研發贏得了諾貝爾獎，並開啟了照明的新時代。然而，即使是現代的LED也有它的局限性，這讓它們(men) 的設計者感到沮喪(sang) 。在一定程度上，增加LED的電量會(hui) 使其發光更加明亮，但很快亮度就會(hui) 降低，使得LED的效率非常低。這個(ge) 被業(ye) 界稱為(wei) “效率下降”的問題阻礙了LED在從(cong) 通信技術到殺毒等許多有前景的應用領域的應用。  

盡管研究人員的新型LED設計克服了效率下降的問題，但研究人員最初並不是奔著解決(jue) 這個(ge) 問題去的。他們(men) 的主要目標是創造一種微型LED，用於(yu) 非常小的應用，比如NIST和其他地方的科學家正在追求的芯片上實驗室技術。

研究小組對發光的LED部分進行了全新設計的實驗:與(yu) 傳(chuan) 統LED中使用的平麵設計不同，研究人員用又長又薄的氧化鋅線製造了一種光源，他們(men) 稱之為(wei) 鰭。(“長”和“瘦”是相對而言的:每個(ge) 鰭隻有大約5微米長，大約是人類平均頭發寬度的十分之一。)它們(men) 的鰭陣列看起來像一個(ge) 小梳子，可以延伸到1厘米或更多的區域。

“我們(men) 在魚鰭上看到了商機，因為(wei) 我認為(wei) 它們(men) 細長的形狀和較大的側(ce) 麵可能能夠接收到更多的電流。”Nikoobakht說，“一開始，我們(men) 隻是想衡量一下新設計能承受多大的壓力。我們(men) 開始增加電流，想把它燒完，但它卻越來越亮。”

研究人員的新設計能發出橫跨紫色和紫外光邊界的明亮波長，產(chan) 生的能量是典型的小型LED的100到1000倍。Nikoobakht把這個(ge) 結果描述為(wei) 一個(ge) 重要的基礎性發現。

他說:“一個(ge) 典型的麵積小於(yu) 1平方微米的LED發光功率約為(wei) 22納瓦，但這種LED能產(chan) 生高達20微瓦的功率。”“這表明，這種設計可以克服led的效率下降，使光源變得更亮。”

“這是我見過的最有效的解決(jue) 方案之一。”沒有參與(yu) 該項目的南卡羅來納大學電子工程教授格裏戈裏·西敏(Grigory Simin)說。該組織多年來一直致力於(yu) 提高LED的效率，而其他方法在應用於(yu) 亞(ya) 微米波長LED時往往會(hui) 遇到技術問題。這種方法很有效。”

在增加電流的同時，研究小組還發現了另一個(ge) 驚人的發現。雖然LED起初在一個(ge) 波長範圍內(nei) 發光，但它相對較寬的發射最終縮小到兩(liang) 個(ge) 波長的強烈紫色。簡單來說：他們(men) 的微型LED變成了微型激光器。

“將LED轉換成激光需要很大的努力。它通常需要將LED與(yu) 諧振腔耦合，使光在諧振腔周圍反射，從(cong) 而產(chan) 生激光。看來鰭的設計可以自己完成整個(ge) 工作，而不需要增加另一個(ge) 空腔。”

一個(ge) 微型激光器對於(yu) 芯片規模的應用來說，不僅(jin) 在化學傳(chuan) 感領域，而且在下一代手持通信產(chan) 品、高清顯示器和消毒方麵至關(guan) 重要。

 “它有很大潛力成為(wei) 一個(ge) 重要的組成部分。” Nikoobakht說，“雖然這不是人們(men) 製造的最小的激光，但它非常明亮。如果效率沒有下降，它就會(hui) 有用。”

編譯/前瞻經濟學人APP資訊組