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Jun 01, 2023

家庭での超高速インターネットが LED 電球を介して実現される日が来るかもしれない

ペロブスカイトベースの発光ダイオード (LED) は、エネルギー消費とコストを維持しながら、現在利用可能なものよりも桁違いに速くインターネット帯域幅を開発する鍵となる可能性があります。

ペロブスカイトベースの発光ダイオード（LED）は、エネルギー消費とコストを抑えながら、現在利用可能なものよりも桁違いに速くインターネット帯域幅を開発する鍵となる可能性があると研究者らは主張している。 他の潜在的な用途はレーザー技術にあります。

ペロブスカイトは、1839 年にロシアのウラル山脈で初めて確認された天然鉱物で、主にカルシウム、チタン、酸素で構成されており、これらはすべて地殻の最も一般的な 10 個の元素に含まれます。 この鉱物は、同じ元素に基づいて少量の他の元素がドープされた材料のクラスにその名前を与えました。 発見されてからほぼ最初の 2 世紀の間、これらのペロブスカイトは主に化学者のみが興味を示す珍品でした。

しかし、より最近では、ペロブスカイトがドープされた原子に応じて異なる電気的特性を示す能力により、ペロブスカイトは驚異的な材料となりました。 ペロブスカイトは現在、最も効率的な方法の 1 つとなっています太陽光からのエネルギーを閉じ込め、前例のない速度で改善し続けています。 さらに、ペロブスカイトは従来のシリコンベースの太陽電池よりもはるかに安価に製造できる可能性があり、シリコンベース上のペロブスカイト層は、単独で使用するよりも多くの光を取り込むことができます。

10年前、ペロブスカイトが光を捕捉する可能性が世界に明らかになったとき、ペロブスカイトは光を放出するより良い方法を提供し、より効率的で柔軟なLEDを提供できる可能性があることも注目されました。 気候とエネルギー危機が重なった真っ只中にある地球にとって、それは後付けの考えのように思えたが、もちろん、LED テレビ画面を点灯するために必要な電力が少なくなれば、それは明らかな勝利だ。

しかし、ケンブリッジ大学とサリー大学の研究者らは、ペロブスカイト LED の能力が単なる思いつき以上の可能性があることを実証しました。 彼らは、42.6 MHzの変調帯域幅と50 Mbpsを超えるデータ伝送速度を生み出すメタルハライドペロブスカイトLEDの制御を発表した。 著者らは、これは単なる始まりにすぎず、ギガヘルツ範囲の帯域幅が可能であると考えています。 最大速度では、ビットあたりのエネルギーを大量に消費しますが、ほとんどの目的に十分な速度に戻すと、システムのエネルギー消費量が大幅に減ります。

何十年もの間、物理学者は、電子を文字通り光の速度で移動する光子に置き換えるフォトニクスをデータ処理の未来と見てきました。 しかし、それを実際に実現するのは予想以上に難しいことが判明しました。

速度は、情報を運ぶ光子の動きよりも、送信デバイスの容量によって制限されます。 しかし、チームは、ペロブスカイト LED の電光石火の速さでオン/オフを切り替える能力が必要な進歩になる可能性があると考えています。 ペロブスカイトは、シリコンチップなどの基板に組み込んで、処理装置に直接組み込むこともできます。

「我々は高速ペロブスカイトLED実現の背後にあるメカニズムを解明するための最初の研究を提供した。これは次世代データ通信用のペロブスカイト光源の実現に向けた重要な一歩となる」とケンブリッジ大学博士課程の学生ハオ・ワン氏は声明で述べた。

「シリコン基板上に溶液処理されたペロブスカイトエミッターを実現できることは、マイクロエレクトロニクスプラットフォームとの統合への道を開き、データ通信分野におけるシームレスな統合と進歩のための新たな機会をもたらします。」

この研究はNature Photonicsに掲載されています。