Τα LED, τόσο λεπτά όσο μια ανθρώπινη τρίχα, μπορεί σύντομα να είναι σε θέση να αναλάβουν εργασίες που παραδοσιακά εκτελούνται από λέιζερ, από τη μετάδοση δεδομένων μέσα σε ράφια διακομιστών έως την τροφοδοσία οθονών επόμενης γενιάς. Μια νέα μελέτη, την οποία συνυπέγραψε ο Ρόαρκ Τσάο, διδακτορικός φοιτητής στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια στη Σάντα Μπάρμπαρα, υποδεικνύει μια βιώσιμη πορεία προς τα εμπρός. Η έρευνα δημοσιεύτηκε στο περιοδικό *Οπτική Γράμματα*.
Ο Ρόαρκ Τσάο, ο οποίος σπουδάζει ηλεκτρολογία, είπε, «Μιλάμε για συσκευές που στην πραγματικότητα έχουν μόνο το μέγεθος ενός θύλακα τρίχας. Αν μπορείτε να σχεδιάσετε πώς εκπέμπεται το φως, αυτά τα μικροσκοπικά LED θα μπορούσαν να αρχίσουν να αντικαθιστούν τα λέιζερ για την επικοινωνία δεδομένων μικρής εμβέλειας».
Η μελέτη καταδεικνύει έναν νέο σχεδιασμό για μικροσκοπικές διόδους εκπομπής φωτός που βελτιώνει ταυτόχρονα την απόδοση και την κατευθυντικότητα της δέσμης. Χρησιμοποιώντας κατανεμημένους ανακλαστήρες Μπραγκ για να περιβάλλουν πλευρικά την περιοχή εκπομπής, οι ερευνητές πέτυχαν περίπου 20% υψηλότερη ισχύ εξόδου από την πλευρά του αέρα και πάνω από 130% υψηλότερη ισχύ εξόδου από την πλευρά του υποστρώματος σε σύγκριση με μια συσκευή αναφοράς, μειώνοντας παράλληλα τη γωνία απόκλισης της δέσμης κατά περίπου 30%.
Πέρα από την ακριβέστερη καθοδήγηση του φωτός, τα επανασχεδιασμένα μικροLED προσφέρουν σημαντικά υψηλότερη απόδοση. Η ερευνητική ομάδα παρατήρησε βελτίωση περίπου 35% στην ηλεκτρική απόδοση και 46% βελτίωση στην απόδοση των βυσμάτων σε σύγκριση με τα παραδοσιακά σχέδια μικροLED, πράγμα που σημαίνει ότι αυτές οι συσκευές μπορούν να μετατρέψουν περισσότερη ηλεκτρική ενέργεια που αντλείται από τις πρίζες σε αξιοποιήσιμο φως.
Τα ΜικροLED—συνήθως πλάτους 100 μικρομέτρων ή λιγότερο—αναδύονται ως μια πολλά υποσχόμενη εναλλακτική λύση στα λέιζερ σε οπτικές συνδέσεις μικρής εμβέλειας, ιδιαίτερα σε κέντρα δεδομένων όπου η θερμική διαχείριση, η αξιοπιστία και η κατανάλωση ενέργειας παραμένουν συνεχείς προκλήσεις.
Ένα σημαντικό πρόβλημα με τα λέιζερ είναι ότι αρχίζουν να εμφανίζουν θερμικά προβλήματα σε σχετικά χαμηλές θερμοκρασίες, λέει ο Ρόαρκ Τσάο. Τα ΜικροLED μπορούν να λειτουργήσουν σε πολύ υψηλότερες θερμοκρασίες χωρίς την ανάγκη για πολύπλοκη ψύξη. Αυτό σημαίνει λιγότερη αντικατάσταση, χαμηλότερο κόστος και μεγαλύτερη ευελιξία στα κέντρα δεδομένων.
Με τη συνεχή επέκταση του σύννεφο χρήση υπολογιστή και της τεχνητής νοημοσύνης, τα κέντρα δεδομένων πρέπει να μεταδίδουν τεράστιες ποσότητες πληροφοριών γρήγορα και αποτελεσματικά. Ακόμη και μικρές βελτιώσεις στις πηγές φωτός μπορούν να έχουν σημαντικές οικονομικές επιπτώσεις.
«Αυτό που είναι συναρπαστικό με τις μικροLED είναι ότι προσφέρουν πολλαπλές λύσεις σε ένα μόνο πακέτο», λέει ο Ρόαρκ Τσάο. «Μπορούν να βελτιώσουν την επικοινωνία δεδομένων, να επιτρέψουν φωτεινότερες, λεπτότερες οθόνες, ακόμη και να χρησιμοποιηθούν σε τομείς όπως η επαυξημένη πραγματικότητα ή η εικονική πραγματικότητα—όλα χρησιμοποιώντας την ίδια υποκείμενη τεχνολογία».
Ο Ρόαρκ Τσάο εγγράφηκε στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια, Σάντα Μπάρμπαρα, το 2020 ως φοιτητής ηλεκτρολόγος μηχανικός και συνέχισε τις σπουδές του για το διδακτορικό του. Αποδίδει την ολοκληρωμένη ερευνητική υποδομή του πανεπιστημίου, από την ανάπτυξη υλικών έως τη νανοκατασκευή και τις δοκιμές συσκευών, στον επιταχυνόμενο ρυθμό εργασίας.
«Μπορείτε να προσομοιώσετε σχεδιασμό, να καλλιεργήσετε κρυστάλλους, να κατασκευάσετε συσκευές και να δοκιμάσετε—όλα αυτά στην πανεπιστημιούπολη», λέει ο Ρόαρκ Τσάο. «Αυτή η ταχύτητα από την ιδέα στο πείραμα είναι που κάνει αυτό το μέρος τόσο ισχυρό».
