Физики МФТИ открыли эффект в полупроводниках, которые ранее считали невозможным

Исследования в области физики полупроводников проводятся нечасто, и еще реже ученые достигают заметных результатов. Но двум исследователям МФТИ удалось сделать очередной прорыв: они открыли свойство полупроводников, которое раньше физики считали невозможным.

Эффект суперинжекции: классика физики

Обычно новые достижения физики развивают постулаты, закрепленные ранее. На этот раз ученые из МФТИ, напротив, опровергли данные, полученные экспериментаторами старшего поколения. И открыли невозможный (как считалось ранее) эффект полупроводников.

Речь об исследованиях эффекта суперинжекции, на котором сегодня основано производство таких востребованных товаров, как светодиоды и лазеры. Эффект открыли известные во всем мире советские ученые Жорес Алферов и Герберт Кремер, произошло это еще в 50-е годы прошлого века.

Как создается суперинжекция? При размещении полупроводника с меньшей шириной запрещенной зоны в узком пространстве между двумя полупроводниками с большей шириной запрещенной зоны. Если через такую зону пропускается ток, то окажется, что в срединном полупроводнике будет наивысшая концентрация электронов и дырок (по сравнению с остальными двумя). А значит, прибор будет светить ярче. Это явление назвали эффектом суперинжекции. До сих пор ученые считали, что данный результат возможен только в комбинациях двух и более полупроводников.

Но нашлись ученые, которые задумались, верна ли прежняя теоретическая установка. И не просто засомневались, а решили проверить свои догадки экспериментально. И даже привлекли для исследований грант Российского научного фонда, для чего потребовалось серьезно обосновать свои претензии на открытие.

Этими сомневающимися стали сотрудники лаборатории нанооптики и плазмоники Центра фотоники и двумерных материалов МИФИ Игорь Храмцов и Дмитрий Федянин. Они доказали опытным путем, что суперинжекция вполне достижима и в случае использования одного материала.

Правило действует в отношении большинства известных полупроводников. Некоторые из них проявляют данный эффект лишь в условиях криогенных температур. Это, например, кремний и германий. Зато алмаз и нитрид галлия выдают значительную суперинжекцию уже при комнатной температуре, доказали пытливые ученые.

Как открытие можно применять на практике

Открытие серьезно расширяет возможности использования данного эффекта для производства товаров повседневного спроса. Скажем, на основе алмаза отныне можно конструировать ультрафиолетовые светодиоды, обладающие яркостью в десятки раз выше, чем предыдущие аналоги.

Благодаря широкому спектру полупроводников, которые обладают качеством суперинжекции, теперь появляются безграничные возможности для промышленного серийного производства высокоэффективных синих, белых, фиолетовых, ультрафиолетовых светодиодов. Также данное открытие поможет стимулировать выпуск в массовом количестве Li-Fi — источников излучения для оптической передачи данных по воздуху. В плюсе будут и разработки новых видов лазеров и такой суперсовременной аппаратуры, как передатчики для квантового интернета или оптические устройства для ранней диагностики опасных заболеваний.

Источник