정교한 양자 댄스 파워 LED 전구. 더 정확하게 춤을 안무할수록, 미래의 유비쿼터스 에너지 효율적인 조명 공급원 (LED는 이미 효율적이지만 훨씬 더 가능성이 있지만 훨씬 더 가능할 수 있습니다). 저의 최신 이야기 인“수학자들은 도적 파도를 길들이고, 미래의 미래를 밝히는 것”, 물리학 자들이 브로드 웨이 쇼의 감독처럼 그 양자 춤을 단계별로 계획 할 수있는 수학적 발견에 관한 것입니다.
.LED는 반도체 물질에서 발견되는 양전하를 갖는 입자와 유사한 엔티티 인 "구멍"과 충돌하기 위해 전자를 동축시킬 수있을 때 작동합니다. 전자가 구멍에 부딪히면 LED는 빛의 광자를 방출합니다.
적어도 그것이 작동하는 방식입니다. 실제로, 그러한 정밀도로 전자를 밀어 넣기가 어려울 수 있습니다. 대부분의 LED를 만드는 데 사용되는 반도체 재료는 지저분한 원자 구조를 가지고 있습니다. 이것은 전자가 구멍을 찾기 전에 때때로“국소화”(또는 고착)를 의미합니다. 전자가 잘못된 장소에 현지화되면 빛의 광자 대신 열의 포논을 방출하고 LED 전구를 사용하여 거실을 가열합니다.
내 새로운 이야기에 설명 된 수학적 발견은 그 문제를 해결하는 데 도움이 될 것입니다. 미네소타 대학교의 수학자 인 Svitlana Mayboroda와 파리 외부의 École Polytechnique의 물리학자인 Marcel Filoche는 여러 협력자들과 함께 전자가 위치 화 될“조경 기능”이라는 수학 공식을 개발했습니다. Mayboroda는 조경 기능을 통해 현지화를 통제 할 수 있다고 Mayboroda는“신들에 의해 주어 지도록 떠나기보다는”
라고 말했다.수학적 발견이 실질적인 응용 프로그램을 찾는 데 수십 년이 걸릴 수 있습니다. 그러나 2012 년에 소개 된 조경 기능은 이미 물리학 자와 엔지니어가 채택했습니다. 산타 바바라 (Santa Barbara) 캘리포니아 대학교 (University of California)에서 물리학 자 Claude Weisbuch와 James Speck은 조경 기능을 사용하여 녹색으로 더 나은 LED를 설계하기 위해 에너지 부서로부터 보조금을 받았습니다.
LED에 의해 방출되는 색상은 반도체 재료의 "밴드 갭"에 따라 다릅니다. 이 용어는 전자가 고등에서 에너지 상태로 이동할 때 잃어버린 에너지의 양을 나타냅니다. 밴드 갭을 점프 할 때 전자가 움직이는 "거리"로 생각할 수 있습니다. 거리 (또는 갭)가 클수록 전자의 출발점과 그것이 끝나는 곳 사이의 에너지 차이가 클수록이 차이는 열의 포논 또는 바람직하게는 빛의 광자로 보존됩니다. 밴드 간격은 또한 방출 된 빛의 색상을 결정합니다. 예를 들어 넓은 밴드 갭은 블루 라이트로 이어지는 반면 좁은 밴드 갭은 빨간 빛으로 이어집니다. (밴드 갭의 너비와 방출 된 빛의 색상 사이의 관계는 광파의 주파수가 파도의 색상을 결정하는 방식과 비슷합니다.)
엔지니어는 반도체의 특성을 변경하여 밴드 갭 (즉, 색상)을 제어합니다. indium gallium nitride라는 널리 사용되는 재료에서 LED 디자이너는 다소 또는 적은 인듐을 통합하여 밴드 갭을 조정합니다.
.인듐을 통합하는 것은 LED 색상을 제어하는 다소 서투른 방법입니다. 인듐은 큰 원자입니다. 재료의 다른 요소보다 훨씬 큽니다. 더 많이 추가하면 다른 원자를 위치에서 벗어나게합니다. 이 공정은 더 많은 현지화 주머니를 만드는 전기장을 생성합니다.
순 효과는 효율성이 줄어 듭니다. 녹색 LED는 파란색 LED보다 인듐 함량의 두 배를 가지며 효율적입니다. (빨간색 LED는 물리학 자들이 다른 재료로 만들기 위해 너무 많은 인듐을 필요로 할 것입니다.) 현장의 사람들은 조경 기능을 통해 전자를 가장 필요한 곳으로 전자로 배치하는 LED 재료를 설계 할 수 있기를 바랍니다.
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