Hellere Displays senken den Stromverbrauch
Forscher der University of California minimieren Emissionen von unerwünschter Wärme efizient
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Materialstress durch Verbiegen: hell statt heiß (Foto: Ali Javey, lbl.gov) |
Berkeley (pte004/30.08.2021/06:15)
Displays von Smartphones und Laptops verbrauchen künftig weit weniger Strom als heute, auch wenn sie mit maximaler Helligkeit strahlen. Forscher Lawrence Berkeley National Laboratory https://www.lbl.gov/ (Berkeley Lab) und der University of California https://www.berkeley.edu/am gleichen Standort haben ein Verfahren entwickelt, das die Emission von Wärme statt Licht minimiert.
Zunächst fanden die Forscher heraus, wie die elektronische Struktur eines Halbleiters die Wechselwirkung zwischen den energiegeladenen Teilchen im Material beeinflusst. Häufig kollidieren sie miteinander und vernichten sich gegenseitig. Die dabei frei werdende Energie entlädt sich zu Lasten der Lichtemission in Form von unerwünschter Wärme.
[b]Kollisionen sollten möglichst ausgeschlossen werden[/b]
Das wollten die Forscher ändern. Ihr Ansatz konzentriert sich darauf, einen dünnen Halbleiterfilm so zu dehnen oder zu komprimieren, dass er seine elektronische Struktur so verändert, dass Kollisionen weitgehend ausgeschlossen sind.
„Es ist immer einfacher, Wärme abzugeben als Licht, besonders bei hoher Helligkeit", sagt Ali Javey, leitender Wissenschaftler am Berkeley Lab und Professor für Elektrotechnik und Informatik an der UC Berkeley. „Mit unserem Verfahren konnten wir die Lichtverluste um das Hundertfache reduzieren." Das gelang mit einer einzigen, drei Atomlagen dicken Schicht einer Art Halbleitermaterial, einem so genannten Übergangsmetall-Dichlorgenid. Als Übergangsmetalle werden 40 chemische Elemente bezeichnet, darunter Chrom, Silber und Wolfram. Die Forscher in Berkeley entschieden sich für Wolfram.
[b]Einzigartige Eigenschaften[/b]
Diese hauchdünne Schicht haben eine Kristallstruktur, die zu einzigartigen elektronischen und optischen Eigenschaften führt: Wenn ihre Atome entweder durch einen elektrischen Strom oder durch Licht angeregt werden, entstehen energetisch angeregte Teilchen, die Exzitonen genannt werden.
„Wenn es uns gelingt, die Exzitonenkonzentration im Material niedrig zu halten verringern wir die Wärmeemission", sagt Shiekh Zia Uddin, Doktorand an der UC Berkeley. Durch eine Optimierung der so genannten Bandstruktur des Material, erreicht durch mechanische Belastung, gelang es, die Exzitonenkonzentration niedrig zu halten und damit die Gefahr zu bannen, dass sich zu viele davon gegenseitig auslöschen, Das kam der Lichtausbeute zugute.
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