由来自National Institute of Standards and Technology (NIST)的一个研究团队设计出了一种新的的发光二极管(LED)，这项新设计可能是突破长期存在发光效率的局限性的关键。这一概念在实验室中用微型 LED 实现了。实验结果显示，其发光亮度大幅提高以及其能够产生激光的能力，所有这些特性都使其在一系列大规模和微型应用中具有很大的实用价值。

该小组还包括来自University of Maryland、Rensselaer Polytechnic Institute和IBM Thomas J. Watson Research Center的科学家，他们将研究成果发表在了同行评审的杂志《Science Advances》上。文章详细介绍了器件的工作原理。他们的器件发光亮度比传统的微型亚微米尺寸 LED提高了100 到 1000 倍。NIST的Babak Nikobakht构思了这项新的设计，他说：“这是制造LED的新架构，我们使用的材料与传统 LED 相同。区别在于我们设计的形状不一样。”

LED 已经发展了几十年，但亮度更高的 LED 的发展获得了诺贝尔奖，并开创了照明的新时代。但是即使是现代 LED 也有一个令设计师们沮丧的局限。某种程度上，给 LED提供更大的电流会使其发光更明亮，但很快亮度就会降下来，这导致LED效率很差。这个问题被业界称为“量子效率下降”，它阻止了LED运用在一些有前景的应用中，比如从通信技术到杀菌消毒。虽然他们新颖的LED设计克服了效率下降这一问题，但研究人员最初并没有着手解决这个问题。他们的主要目标是创建一个微型LED，把它用于微型化的应用中，比如NIST和其他地方的科学家正在研究的芯片上的实验室技术。

研究小组尝试对LED发光的部分做了一个全新的设计，这个设计与传统LED中使用的二维平面设计不同，研究人员用长而薄的氧化锌链构建了光源，这些氧化锌链被称为鳍片。(长和薄是相对术语：每个鳍的长度只有5微米长左右，伸展相当于约十分之一的人体头发的平均宽度。他们的鳍片排列看起来像一个小梳子，可以扩展到1厘米或更广的区域。

Nikoobakht说：“我们从鳍片上看到了新的机会，因为我认为它们拉长的形状和大的侧面也许能够承受更多的电流，起初我们只是想测量新设计能够承受的最大电流。我们开始不停的增加电流，一直驱动器件直到它烧毁，但神奇的是它在不断变亮。”他们的新颖设计在紫外光到深紫光波长范围内发光非常明亮，产生大约100到1000倍于传统的微型LED的发光功率。Nikoobakht 将这一结果定义为一次重大的基本原理的发现。他说：“一个传统的的面积小于一平方微米的LED能产生大约22纳瓦的功率，但这种LED可以产生高达20微瓦的功率。它表明该设计可以克服 关于LED量子效率下降的问题，从而制造出更亮的光源。”

来自University of South Carolina电子工程学教授Grigory Simin 并没有参与这项研究，他评论说：“它是我见过最有效的解决方案之一，多年来这项领域的研究人员一直在努力提高 LED 效率。其它方法在应用于亚微米波长的 LED 经常会遇到技术难题。但是这种方法被证明是有效可行的。”

研究小组在增加驱动电流时又有惊人的发现，虽然LED最初在一定波长范围内工作，但是随后宽波长的发光最终变成了在紫外光波段两个窄波长的强发光。很明显，这个微型的LED变成了一个微型激光。Nikoobakht 说：“将 LED 转换为激光器需要付出巨大的努力。它通常需要将 LED 耦合到谐振腔中，使光线在谐振腔里面不停的反射来产生激光，鳍片设计可以自己完成光谐振的工作，从而无需增加另一个谐振腔。” 微型激光对芯片级的应用非常重要，不仅仅可以应用于化学传感器，而且对于下一代手持通信产品、高清显示器和卫生消毒方面也至关重要。Nikoobakht说：“它在发光领域非常有潜力成为一个重要的组成部分。虽然这不是人们制造的最小的激光器，但是它非常明亮。由于量子效率下降问题得到了解决，它会有很大的实用前景。”

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