Defekti često ograničavaju performanse uređaja kao što su diode koje emituju svetlost (LED). Mehanizmi pomoću kojih defekti poništavaju nosioce naelektrisanja su dobro poznati u materijalima koji emituju svetlost na crvenim ili zelenim talasnim dužinama, ali je nedostajalo objašnjenje za takav gubitak u emiterima kraće talasne dužine (plavi ili ultraljubičasti).
Istraživači na Odeljenju za materijale na UC Santa Barbara, međutim, nedavno su otkrili ključnu ulogu Auger-Meitnerovog efekta, mehanizma koji dozvoljava elektronu da izgubi energiju tako što će drugi elektron izbaciti u stanje više energije.
„Dobro je poznato da defekti ili nečistoće – koje se zajedno nazivaju ‘zamkama’ – smanjuju efikasnost LED-a i drugih elektronskih uređaja,” rekao je profesor materijala Kris Van de Val, čija je grupa izvela istraživanje.
Nova metodologija je otkrila da Auger-Meitner efekat uz pomoć zamke može proizvesti stope gubitaka koje su za redove veličine veće od onih uzrokovanih drugim prethodno razmatranim mehanizmima, čime se rešava zagonetka o tome kako defekti utiču na efikasnost emitera plave ili UV svetlosti. Nalazi su objavljeni u časopisu Phisical Reviev Letters.
Zapažanja ovog fenomena datiraju iz 1950-ih, kada su istraživači u Bell Labs-u i General Electric-u primetili njegov štetan uticaj na tranzistore. Van de Val je objasnio da se elektroni mogu zarobiti na defektima i postati nesposobni da obavljaju svoju predviđenu ulogu u uređaju, bilo da pojačavaju naelektrisanje u tranzistoru ili emituju svetlost rekombinovanjem sa rupom (nezauzeto stanje niže energije) u LED. Pretpostavljalo se da se energija izgubljena u ovom procesu rekombinacije oslobađa u obliku fonona, odnosno vibracija rešetke koje zagrevaju uređaj.
Van de Valeova grupa je prethodno modelirala ovaj fononski posredovani proces i otkrila da je pravilno uklopio uočeni gubitak efikasnosti u LED-u koje emituju svetlost u crvenim ili zelenim oblastima spektra. Međutim, za plave ili ultraljubičaste LED model nije uspeo; veća količina energije koju nose elektroni na ovim kraćim talasnim dužinama jednostavno ne može da se rasprši u obliku fonona.
„Ovde dolazi Auger-Meitner proces“, objasnio je Fangdžou Zhao, postdoktorski istraživač u Van de Valeovoj grupi i vodeći istraživač projekta. Istraživači su otkrili da umesto da oslobađa energiju u obliku fonona, elektron prenosi svoju energiju na drugi elektron koji biva prebačen u stanje više energije. Ovaj proces se često naziva Aužeovim efektom, po Pjeru Ožeu, koji ga je izvestio 1923. Međutim, Liza Majtner — čija mnoga dostignuća nikada nisu bila pravilno priznata tokom njenog života — već je opisala isti fenomen 1922. godine.
Eksperimentalni rad u grupi profesora materijala UC Santa Barbara Džejms Spek je ranije sugerisao da se Auger-Meitner procesi uz pomoć zamke mogu desiti; međutim, samo na osnovu merenja, teško je rigorozno razlikovati različite rekombinacione kanale. Džao i njegovi saradnici su razvili metodologiju prvih principa koja je — u kombinaciji sa najsavremenijim proračunima — konačno utvrdila ključnu ulogu Auger-Meitnerovog procesa. U slučaju galijum nitrida, ključnog materijala koji se koristi u komercijalnim LED-ovima, rezultati su pokazali stope rekombinacije uz pomoć zamka koje su bile više od milijardu puta veće nego da je uzet u obzir samo fononski posredovani proces. Jasno je da neće svaka zamka pokazati tako velika poboljšanja; ali sa novom metodologijom u ruci, istraživači sada mogu tačno da procene koji defekti ili nečistoće su zapravo štetni za efikasnost.
„Računarski formalizam je potpuno opšti i može se primeniti na bilo koji defekt ili nečistoću u poluprovodničkim ili izolacionim materijalima“, rekao je Mark Turjanski, još jedan postdoktorski istraživač u Van de Valeovoj grupi koji je bio uključen u projekat. Istraživači se nadaju da će ovi rezultati povećati razumevanje mehanizama rekombinacije ne samo u poluprovodničkim emiterima svetlosti, već iu bilo kom materijalu sa širokim pojasom u kome defekti ograničavaju efikasnost.
