Существует два основных типа светодиодов - органические и неорганические излучатели. Органические достаточно просты в производстве и применяются почти повсеместно, тогда как неорганические занимают специализированную нишу высокоточных приборов, стойких к воздействию химически агрессивных сред. При этом производство компактных неорганических ультрафиолетовых светодиодов пока затруднено из-за низкой энергетической эффективности, токсичности или высокой себестоимости.
Группа физиков под руководством Альберто Палеари (Alberto Paleari) из университета Бикокка в Милане (Италия) заметила, что наноструктуры из диоксида олова (SnO2) обладают интересными оптическими свойствами в ультрафиолетовом диапазоне частот.
Ученые провели серию экспериментов с наночастицами различных размеров окиси олова и выяснили, что шарики из кристаллов SnO2 диаметром 4-5 нанометров испускают кванты ультрафиолета. Вместе с тем выяснилось, что этот материал постепенно окисляется во время работы излучателя, что быстро приводит такие светодиоды в негодность.
Палеари и его коллеги решили проблему, обернув шарики в пленку из особым образом организованного оксида кремния, который одновременно препятствовал доступу кислорода к атомам олова и не мешал "транспортировке" электронов. Новый материал вел себя достаточно стабильно для того, чтобы собрать экспериментальный ультрафиолетовый светодиод на его базе.
Для этого ученые размешали некоторое количество шариков в тетраэтил-ортосиликате - соединения кремния, кислорода и хвостов этилена - и покрыли тонким слоем небольшие пластинки из обычного кремния.
При высушивании жидкости все органические частицы испарились, и на месте раствора появилась тонкая пленка - своеобразный слоеный "пирог" из оксида кремния с "изюминками" в виде сфер SnO2. Затем Палеари и его коллеги накрыли верхнюю часть пленки сверхтонкими электродами из титана и золота и проверили работу своего изобретения.
Как и ожидали ученые, устройство исправно излучало в ультрафиолетовом диапазоне с достаточно высокой эффективностью - на выработку одного ультрафиолетового фотона оно тратило около 300 электронов. Для сравнения, самые удачные варианты неорганических диодов в инфракрасном диапазоне расходуют около тысячи электронов на испускание одного фотона в этой части спектра.
Экспериментальный светодиод оказался достаточно устойчивым для работы в химически агрессивных средах - в воде, ацетоне, этаноле и других органических растворителях. Ученые полагают, что их изобретение можно приспособить для производства различных медицинских датчиков или других приборов, где необходимы миниатюрные и стойкие излучатели ультрафиолета.
