自從20世紀(jì)60年代被發(fā)明以來(lái)，發(fā)光二極管（或稱LED）已經(jīng)慢慢取代了白熾燈泡，從汽車尾燈到電子指示器等應(yīng)用領(lǐng)域。 ,0#OA*0B  
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避開(kāi)白熾燈泡的燈絲和熒光燈泡的汞蒸汽，LED反而通過(guò)在半導(dǎo)體上施加電壓來(lái)產(chǎn)生光。電子與空穴（空穴位于本應(yīng)存在電子的晶體結(jié)構(gòu)中的位置，使它們帶正電荷）結(jié)合，導(dǎo)致發(fā)射光子 – 組成光的粒子。 HjnHl-  
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大多數(shù)LED采用由氮化鎵（GaN）材料制成的半導(dǎo)體。這些氮化鎵發(fā)光二極管是可靠和安全的，但有一個(gè)缺點(diǎn)，即隨著電壓的升高而迅速變得效率低，這種現(xiàn)象稱為“效率下降”。 j:{<    
“在美國(guó)，超過(guò)10％的電力用于商業(yè)和住宅領(lǐng)域的照明，轉(zhuǎn)向廣泛使用LED照明將導(dǎo)致巨大的能源節(jié)約，但效率下降是一個(gè)主要障礙，”Marco Bernardi說(shuō)到。他是加州理工學(xué)院工程與應(yīng)用科學(xué)系應(yīng)用物理與材料科學(xué)助理教授，也是最近在Nano Letters雜志上的一篇關(guān)于效率下降的起因的通訊作者（“Ultrafast Hot Carrier Dynamics in GaN and its Impact on the Efficiency Droop”）。 S5bk<8aPP  
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當(dāng)受激電子超過(guò)GaN中的納米深度量子阱時(shí)，發(fā)生效率下降。這些阱被設(shè)計(jì)成將電子捕獲并與空穴結(jié)合。當(dāng)電子能量太高而不能被阱捕獲時(shí)，它們從LED器件泄漏而不發(fā)射任何光。 i-niRu<  
Bernardi說(shuō)到：“有人提出了幾種模型來(lái)解釋這種電子泄漏，但他們往往用直覺(jué)來(lái)證明實(shí)驗(yàn)證據(jù)合理的，他們往往把重點(diǎn)放在了定性分析上�！� t7)Y@gRy  
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利用加州理工學(xué)院的團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的新計(jì)算方法，該由Bernardi領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)在原子水平以及晶格振動(dòng)層面上研究了GaN如何影響材料中的電子，晶格振動(dòng)是固體中原子熱運(yùn)動(dòng)的背景“嗡嗡聲”。據(jù)了解，這種嗡嗡聲從電子和空穴中消耗能量。然而，Bernardi發(fā)現(xiàn)空穴中嗡嗡聲消耗能量的發(fā)生比電子的速度要快-這種失配使得電子能夠超出量子阱，逃離GaN而沒(méi)有與空穴結(jié)合并發(fā)光。 _)%4NjWKk  
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Bernardi說(shuō)到：“我們的工作首次表明，電子與晶格振動(dòng)之間始終存在的相互作用本身就能解釋為什么受激的電子會(huì)從活性層泄漏出去，造成GaN LED效率低下。 h"ZF,g;a  
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Bernardi和他的同事們還沒(méi)有完成對(duì)GaN效率下降的研究。接下來(lái)，他們計(jì)劃研究該下降如何依賴于溫度和其他材料屬性。
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