Эффективно излучающий свет кремниевый материал

11.04.2020

Ученые уже давно стремятся создать эффективные светоизлучающие устройства на основе кремния. Их использование могло бы значительно увеличить скорость вычислений на кремниевых чипах и сделать их быстрее, чем когда-либо. Добиться этого наконец удалось материаловедам из Технического университета Эйндховена, Мюнхенского технического университета и Йенского университета имени Фридриха Шиллера. Они смогли синтезировать материал на основе кремния, который способен излучать свет в широком диапазоне длин волн в зависимости от своего состава.

Исследователи использовали в качестве исходных реагентов кремний и германий. Оба элемента они объединили в гексагональную структуру и научились менять ее свойства путем варьирования состава. Заставить эти два элемента сформировать вместе гексагональную решетку нелегко. Для этого исследователи взяли за основу чистый гексагональный кремний, создав нанопроволоки из другого материала с гексагональной кристаллической структурой. Затем они вырастили кремниево-германиевую оболочку по этому шаблону.

Формирования такой структуры ученые добились еще в 2015 году. Но до сих пор они не могли заставить ее излучать свет. В новой работе авторам удалось повысить качество гексагональных кремнийгерманиевых оболочек за счет уменьшения количества примесей и дефектов их кристаллических решеток. При возбуждении такой нанопроволоки лазером исследователи смогли измерить эффективность нового материала. Оказалось, что эффективность поглощения и последующего испускания излучения у нового материала находится на очень высоком уровне. Теперь ученые планируют создать на его основе лазер и попробовать использовать новый материал в чипах.

Актуальность новой работы обусловлена все увеличивающимся массивом данных, которые человечеству приходится хранить и обрабатывать. Нынешние технологии, основанные на электронных чипах, достигают своего потолка. Ограничивающим фактором является тепло, которое выделяется из-за наличия у материалов сопротивления. Чтобы избежать этого, необходимо создать технологию, которая не выделяет тепло в окружающую среду. Перспективным кандидатом на эту роль может быть фотоника - вид технологий, которые используют свет для передачи информации и вычислений.

В отличие от электронов, у фотонов нет сопротивления. Они не имеют массы или заряда, поэтому будут меньше рассеиваться внутри материала, через который они проходят, и практически не создавать паразитного тепла. Кроме того, если заменить электроны фотонами в цепи передачи и обработки данных, можно увеличить скорость работы таких вычислительных механизмов в 1000 раз.

<< Назад: Бетон станет прочнее 12.04.2020

>> Вперед: Самая быстрая звезда в галактике 11.04.2020

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Компас голубя оказался в его печени 09.06.2026

Ученые десятилетиями пытались разгадать секрет невероятной способности почтовых голубей преодолевать сотни километров и безошибочно возвращаться домой. Они искали магнитные сенсоры в клюве, глазах, ушах и мозге, однако ответ оказался совершенно неожиданным. Международная команда биологов обнаружила, что внутренний компас этих птиц находится в печени. Именно там расположены особые иммунные клетки, насыщенные железом и способные воспринимать магнитное поле Земли. Исследование провели доктор Кливия Лисовски (первый автор), профессор Кристиан Куртц из Университетской больницы Бонна и профессор Мартин Викельски из Института поведения животных имени Макса Планка. В работе также участвовали специалисты из Университета Дуйсбург-Эссен. Ученые выяснили, что макрофаги печени голубей накапливают железо из отработанных эритроцитов и приобретают суперпарамагнитные свойства, превращаясь в миниатюрные магнитные датчики. Ранее существовало несколько гипотез о расположении магниторецепторов у птиц ...>>

4K лазерный проектор Acer HL6820GTV 09.06.2026

Компания Acer пополнила свою линейку домашних кинозалов новой моделью. Проектор HL6820GTV - это 4K лазерное устройство, которое имеет встроенное Google TV и поддерживает игровые функции, в том числе переменную частоту обновления до 144 Гц. Он будет доступен в регионе EMEA в третьем квартале 2026 года по стартовой цене 1399 евро. Проектор использует DMD-панель размером 0.47 дюйма для воспроизведения разрешения 4K UHD (3840 x 2160). Вместо традиционной лампы он оснащен лазерным источником света. Acer заявляет, что это позволяет устройству достигать яркости 4 000 ANSI люменов в стандартном режиме, что делает его пригодным для использования в помещениях с рассеянным дневным светом.Портативные компьютеры и ноутбуки Также предусмотрен режим Eco, который уменьшает яркость до 3200 люменов, снижает уровень шума вентилятора до 29 дБА и увеличивает ожидаемый срок службы лазера с 20 000 до 30 000 часов. По данным компании такая лазерная конфигурация потребляет на 35% меньше энергии, чем ламп ...>>

Дороги из пластикового мусора 08.06.2026

В условиях стремительной урбанизации и роста потребления пластиковой упаковки многие развивающиеся страны сталкиваются с острой проблемой накопления отходов. Непал не стал исключением: в крупных городах, таких как Катманду и Покхара, инфраструктура переработки не успевает за объемами мусора, значительную часть которого составляет трудноутилизируемый пластик. В ответ на этот вызов местные инициативы предлагают оригинальное решение - превращать пластиковые отходы в материал для строительства дорог. Организация Green Road Waste Management, основанная Бималом Бастолой и его командой, активно реализует проект по созданию "пластиковых" дорог. Для производства специального асфальта используются упаковки от снеков, печенья и другие виды низкосортного пластика, которые обычно отправляются на свалки. По данным участников проекта, на строительство одного километра дороги требуется около двух тонн измельченного пластика. Технология довольно проста по своей сути. Пластиковые отходы измельчают ...>>

Самодостаточный электрический вездеход для арктических ледников 08.06.2026

Канадские инженеры из компании Noble Northern в сотрудничестве с оператором туров Pursuit разработали и запустили первый в мире электрический Ice Explorer - специализированный автобус для исследования и экскурсий по ледникам. Это полностью автономное транспортное средство предназначено для работы в экстремальных условиях Национального парка Джаспер в провинции Альберта, где расположен знаменитый ледник Атабаска, входящий в состав Колумбийского ледяного поля. Ранее весь парк подобных машин, а их там насчитывалось около десяти, работал исключительно на дизельном топливе. Даже после модернизации систем очистки выхлопов эти мощные вездеходы на грузовой базе продолжали оказывать негативное воздействие на чувствительную северную экосистему. Инженеры взяли за основу шасси обычного дизельного грузовика, но существенно переработали его конструкцию. Они установили двойные колеса, обеспечили полный привод и значительно увеличили площадь сцепления с ледяной поверхностью. Сердцем нового вездеход ...>>

Жидкий кальциевый нитрат для овощеводства 07.06.2026

Хозяйство Solbergs Gartneri, расположенное в Веттре, Норвегия, выращивает огурцы на площади 12 500 м2. В текущем сезоне оно полностью заменило традиционный водорастворимый кальциевый нитрат на продукт, производимый компанией N2 Applied из воздуха, воды и возобновляемой электроэнергии. Первые испытания нового удобрения начались еще в конце прошлого сезона в небольшом объеме, после чего хозяйство приняло решение о полном переходе. Технология N2 Applied основана на использовании плазмы для получения азотной кислоты из атмосферного воздуха и воды, которую затем превращают в жидкий кальциевый нитрат. Этот формат особенно удобен для систем фертигации. Важным преимуществом является отсутствие аммония в составе, что дает агрономам больше возможностей для точной корректировки питания растений. Владелец хозяйства Кристиан Солберг отметил, что теперь они могут более гибко реагировать на изменения pH в субстрате, снижая или увеличивая внесение аммония по необходимости. Одним из главных мотив ...>>

Случайная новость из Архива Биоцемент с гидрогелем 01.05.2025 Вдохновившись микроструктурой стеблей растений, команда под руководством профессора Чжоу Яна из Юго-Восточного университета Китая разработала биоцемент, сочетающий в себе обычную цементную основу и слои гидрогеля. Этот инновационный подход позволил инженерам создать композит, в котором чередующиеся слои действуют как ускоренные каналы для движения ионов. Именно такое строение резко усилило термоэлектрический эффект, ранее слишком слабый для практического использования. Необычные характеристики нового материала выражаются в рекордном коэффициенте Зеебека, равном -40,5 мВ/К. Это примерно в десять раз выше, чем у всех известных цементных термоэлектрических аналогов. Кроме того, материал демонстрирует показатель добротности ZT в 6,6^10-3 - результат, в шесть раз превышающий прежние разработки в данной области. Эти цифры открывают возможность использовать цемент не только как основу зданий, но и как активный элемент энергетической системы. Суть термоэлектрического эффекта в цементе кроется в движении ионов под воздействием температурного градиента. Однако плотная цементная структура всегда препятствовала свободному движению ионов, особенно гидроксидов и кальция. Исследователи решили эту проблему, применив принцип межфазной селективной иммобилизации - целенаправленного взаимодействия ионов с различными слоями материала, обеспечив высокую мобильность одним и устойчивость другим. Не менее важной особенностью инновационного цемента является его способность не только генерировать, но и накапливать энергию. Это свойство делает материал особенно ценным в контексте автономной работы интеллектуальных элементов городской среды. Например, тротуары могли бы питать уличные фонари, а мосты - передавать данные о собственном состоянии без внешних источников питания. Даже стены зданий могли бы покрывать часть внутренних энергетических потребностей. Материал не теряет и своих базовых качеств: он сохраняет прочность и надежность традиционного цемента, а значит, может быть интегрирован в существующую строительную индустрию без необходимости кардинальной перестройки производственных процессов. Такая двойная функциональность - структурная стабильность и энергетическая активность - ставит новый композит в ряд потенциальных основ умной архитектуры. Благодаря биомиметической архитектуре и продуманному взаимодействию между слоями, разработка профессора Чжоу Яна может стать основой для новых термоэлектрических систем, способных эффективно использовать даже малые температурные перепады. Это особенно актуально в условиях городов, где такие перепады неизбежны и повсеместны.

Смотрите полный Архив новостей науки и техники, новинок электроники

www.diagram.com.ua
2000-2026