بدأت مصابيح LED ذات النقاط الكمومية (QD‑LEDs) بالفعل في غزو السوق ببطء، ولكن تطبيقها على نطاق واسع يعوقه محدودية الموارد: فهي تحترق بسرعة، خاصة تلك الزرقاء. تم اكتشاف سبب حدوث ذلك في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT). ونشرت نتائج الدراسة في تقدم العلوم.

“إن مصابيح LED ذات النقاط الكمومية الزرقاء أقل استقرارًا بنسبة 50 إلى 100 مرة من مصابيح LED الحمراء والخضراء. إذا كنت تستخدمها في شاشة العرض، فمن الجيد أن تستمر لعدة أشهر. أردنا أن نفهم ما الذي يجعل مصابيح QD-LED الزرقاء مميزة”، كما يقول طالب الدراسات العليا في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا Ruiqi (Ricky) Zhang، المؤلف الرئيسي للدراسة.

لفهم الأسباب، قاموا بتطوير طريقة لقطع مصابيح QD-LED الصغيرة إلى طبقات نانوية. وتم فحص المقاطع الناتجة تحت المجهر الإلكتروني في مركز MIT.nano. قمنا بمقارنة النقاط الكمومية الحمراء والزرقاء الجديدة مع تلك التي كان عليها أن تعمل بجد في الوضع القسري.

اتضح أنه عندما تعمل مصابيح QD-LED الزرقاء، فإن سمك الطبقات المكونة لها يتناقص حتى تندمج النقاط الكمومية؛ يتم تسهيل هذه العملية عن طريق إطلاق الأكسجين الذري والهيدروجين.

يعترف تشانغ قائلاً: “لم يُعرف بعد من أين تأتي هذه العناصر الإضافية بالضبط، فهناك الكثير من المصادر المحتملة”. “لكننا نعلم يقينًا أن وجودها في الجهاز أمر غير مرغوب فيه”.

الصورة: معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا

“لأول مرة، لدينا فهم تفصيلي لما يحدث داخل هذه الهياكل الهجينة متعددة الطبقات التي تشكل QD-LED. لم يعرف أحد هذا من قبل”، يؤكد البروفيسور فلاديمير بولوفيتش، مدير MIT.nano، الذي قاد الدراسة.

ولمنع التدهور، تم طلاء QD-LED براتنج الأكريليت. سمحت طريقة التغليف الاقتصادية والمتقدمة تقنيًا بذلك زيادة عمر خدمة مصابيح QD‑LED الحمراء بمقدار 50 مرة، والزرقاء بأكثر من 5000 مرة.

ويعتقد الباحثون أن الراتينج يمنع الرطوبة من التشكل في بيئة الغاز المحيطة بالنقاط الكمومية. ربما تكون الرطوبة هي التي تسبب تدهور LED.

ومع ذلك، فإنهم ليسوا مستعدين بعد لوصف إنجازاتهم بالنصر النهائي. وقد أظهرت التجارب أنه حتى مع الراتنج، فإن مورفولوجية الطبقات في الصمام الثنائي الباعث للضوء (LED) تستمر في التدهور. سيتم تخصيص المزيد من العمل لحل هذه المشكلة.

واختتم بولوفيتش قائلاً: “إن الإصدار الجديد من مصابيح LED ذات النقاط الكمومية سوف يتفوق على أي شيء موجود اليوم – فهو أسهل في التصنيع وأكثر كفاءة وأكثر موثوقية. وهذا يفتح آفاقًا واسعة – ليس فقط لشاشات العرض والإضاءة، ولكن أيضًا لإنشاء أجهزة استشعار وأشعة ليزر وغير ذلك الكثير”.