Turun yliopiston materiaalitekniikan tutkijat ovat kehittäneet yhtenäisen teorian, jolla oled-laitteista voidaan saada tehokkaampia ja kestävämpiä. Uraauurtava malli on laatuaan maailman ensimmäinen.
Turkulaiset havaitsivat tutkimuksessaan yllättävän asian: valon puristaminen oledin sisällä voi itse asiassa pienentää laitteen suorituskykyä. He löysivät ongelmaan myös ratkaisun, joka on julkaistu Materials Horizons -lehdessä.
Oledit eli orgaaniset valoa emittoivat diodit ovat monin tavoin perinteisiä ledejä parempia. Ne ovat kevyitä ja taipuisia, ja niiden valmistus ja kierrätys on ekologisempaa.
Ilman raskasmetalleja syntyvät oledit voivat kuitenkin olla tehottomia, sillä jopa 75 prosenttia syötetystä sähköenergiasta saattaa muuttua hukkalämmöksi.
Oledien tehokkuutta voi parantaa sijoittamalla laitteen optisen mikrokaviteetin sisään. Elektromagneettisen kentän puristaminen pakottaa valon nopeammin laitteesta ulos sen sijaan, että energia muuntuisi lämmöksi.
”Se on periaatteessa kuin puristaisi hammastahnaa tuubista”, havainnollistaa apulaisprofessori Konstantinos Daskalakis Turun yliopiston tiedotteessa.
Kaksi syytä tehon alentumiseen
Tietyn puristuskynnyksen jälkeen emittoivan materiaalin ja elektromagneettisen kentän alkuperäiset energiatasot sekoittuvat niin kutsutuiksi polaritoneiksi.
Vaikka polaritoni-oledien staattiset energiatasot tunnetaan hyvin, puristamisen vaikutus tasojen välisiin siirtymiin on tähän asti ollut epäselvä.
Turkulaismallin ennustama tehokkuuden lasku polaritonien muodostuessa johtuu kahdesta syystä.
”Vaikka polaritonit emittoivat valoa hyvin nopeasti, ne ovat tyypillisesti satojen tuhansien molekyylien jaettuja tiloja, mikä heikentää niitä virittäviä prosesseja”, selittää tutkijatohtori Olli Siltanen.
Viritysmekanismit heikentyvät myös, jos polaritonienergiat sijaitsevat liian kaukana alkuperäisistä molekulaarisista energiatasoista.
Maksimitehoon tasapainolla
Mallin mukaan mikrokaviteetti-oledien maksimitehokkuus saavutetaan materiaali- ja kaviteettiparametrien herkällä tasapainolla. Vaikka monen molekyylin jakamat polaritonit ovat mallin mukaan jopa haitallisia, kaikki toivo ei ole mennyttä.
”Vaihtoehtoiset laitearkkitehtuurit sallivat polaritonien muodostumiseen osallistuvien molekyylien lukumäärän pienentämisen sadoista tuhansista vain muutamiin. Tällaiset oledit voisivat potentiaalisesti saavuttaa ennätyskorkeita tehokkuuksia”, Daskalakis uskoo.
Päivi Ikonen
Tilaa Kemiamedian uutiskirje!
Tilaajana saat sähköpostiisi kerran viikossa kiinnostavimmat uutiset ja tiedot alan tapahtumista ja työpaikoista. Osallistut samalla arvontaan!
