"Puhutaan tieteestä" -sarakkeen tämän vuoden ensimmäisessä numerossa kannattaa koskea japanilaisen Nagoyan yliopiston tutkijoiden keksintöä. Keksintö herättää huomiota ei vain sinänsä, vaan myös sen vuoksi, että se on tehty julkisen ja yksityisen sektorin kumppanuuden puitteissa "tutkimuslaboratorio - yritysasiakas" -mallin mukaisesti. Japanilaiset tutkijat Nagoyan yliopistosta tekivät yhteistyötä Asahi Kasei Corporationin kanssa, joka harjoittaa toimintaa kemianteollisuudessa. Yhtiöllä on tytäryhtiöt Saksassa ja Yhdysvalloissa.
Mikä on japanilaisten fyysikkojen keksintö?
Laboratoriossaan he pystyivät luomaan maailman ensimmäisen laserdiodin, joka säteilee "syvän" ultraviolettispektrin osassa minimaalisella energiankulutuksella.
Japanilaisessa tulevaisuuden elektroniikan kattavassa tutkimuskeskuksessa:
Yliopistossamme on luotu laserdiodi, joka säteilee tällä hetkellä lyhyimmin historia vastaavissa tutkimuksissa aallonpituus - 271,8 nm - huoneenlämpötilassa pulssijännitelähteellä.
On huomattava, että tämä on merkittävä edistysaskel, koska edellinen saavutus aallonpituudessa (336 nm) ylitettiin merkittävästi ja meni "syvälle" ultravioletille.
Nagoyan yliopistossa Japanissa sanotaan, että tällaisen laserdiodin avulla on mahdollista edetä pitkälle lääketieteessä. Ensinnäkin puhumme mahdollisuudesta hoitaa monimutkaisia ihosairauksia, mukaan lukien psoriasis.
Miksi kehittämisen rahoitti kemianteollisuuden yritys?
Tosiasia on, että Asahi Kasei tarvitsee huippuluokan kaasuanalysaattoreita. Sama yhtiö harjoittaa DNA-rakenteen tutkimusta, jossa, kuten sanottu, ultraviolettilaserdiodit auttavat.
Kehitys kiinnosti myös armeijaa. Erityisesti he keskustelivat mahdollisuudesta luoda kaasuanalysaattoreita ilmailu, mukaan lukien tiedustelu. Puhumme esimerkiksi kemikaalien käytön analysoinnista aseet maassa.
Myös mahdollisuutta tutkia lääkkeiden vaikutuksia tiettyihin ihmiselimiin harkitaan.
Japanilaisten tutkijoiden materiaalista:
Ultravioletti-laserdiodi voittaa useat tällaisten puolijohdelaitteiden kehittämisessä kohdatut ongelmat. Laserdiodikerrosten luomisessa käytimme korkealaatuista alumiininitridi (AlN) substraattia. Tämä on välttämätöntä, koska heikkolaatuinen AlN sisältää suuren määrän vikoja, jotka viime kädessä vaikuttavat laserdiodin aktiivisen kerroksen tehokkuuteen sähköenergian muuntamisessa valoenergiaksi.
Hieman teoriaa: laserdiodeissa "p-tyypin" ja "n-tyypin" kerrokset erotetaan ns. "kvanttikaivolla". Kun sähkövirta kulkee tällaisen diodin läpi, positiivisesti varautuneet reiät p-tyypin kerroksessa ja negatiivisesti varautuneet elektronit n-tyypin kerroksessa virtaavat kohti keskustaa yhdistyäkseen vapauttaen energiaa valohiukkasten - fotonien - muodossa.
Japanilaiset tutkijat ovat suunnitelleet tämän "kvanttikaivon" niin, että se säteilee täsmälleen syvää ultraviolettivaloa. P- ja n-tyypin kerrokset tehtiin alumiinigalliumnitridistä (AlGaN). P- ja n-tyypin kerrosten molemmille puolille asetettiin pintakerrokset (verhoukset), jotka myös oli valmistettu AlGaN:stä. N-tyypin kerroksen alla oleva kuori sisältää dopingilla kerrostettuja piin epäpuhtauksia.
Tässä tapauksessa seostusta käytetään menetelmänä muuttaa perusmateriaalin ominaisuuksia. P-tyypin kerroksen yläpuolella olevalle kuorelle tehtiin hajautettu polarisaatioseostus - ilman epäpuhtauksien lisäämistä. P-puolen verhouksen alumiinipitoisuus suunniteltiin maksimaaliseksi alareunassa ja alenemaan asteittain ylöspäin. Tutkijat uskovat, että tämä alumiinigradientti vahvistaa positiivisesti varautuneiden reikien virtausta. Lisättiin myös yläkontaktikerros, joka tehtiin magnesiumilla seostetusta p-tyypin AlGaN:sta.
Järjestelmän käyttöjännite, joka mahdollistaa syvän ultraviolettisäteen lähettämisen, on 13,8 V. Kaikissa muissa tapauksissa aallonpituus alkaa kasvaa.
Puolijohdediodin luominen, joka pystyy tuottamaan erittäin koherentteja aaltoja syvässä ultraviolettispektrissä, on myös uusi askel puolijohteeseen perustuvan röntgenlaserin luomisessa minimaalisella energiankulutuksella.