De donkerste vorm van ultraviolet licht, bekend als UV-C, is uniek vanwege zijn reputatie als moordenaar – van schadelijke organismen.

Met golflengten tussen 200 en 280 nanometer, deze bijzondere vorm van UV-licht dringt door de membranen van virussen, bacteriën, schimmel en huisstofmijt, hun DNA aanvallen en doden. Sanering met UV-C-licht bestaat al meer dan 100 jaar, na Niels Finsen's ontdekking van UV-licht als tegengif voor tuberculose, waarmee de Faeröers-Deense arts in 1903 de Nobelprijs voor de geneeskunde won.

Momenteel, de meeste diep-UV-lampen zijn op kwik gebaseerd. Ze vormen een bedreiging voor het milieu, en zijn omvangrijk en inefficiënt. Een onderzoeksgroep van Cornell onder leiding van Huili (Grace) Xing en Debdeep Jena, samen met medewerkers van de Universiteit van Notre Dame, heeft gemeld dat er vooruitgang is geboekt bij het creëren van een kleinere, milieuvriendelijker alternatief.

Met behulp van atomair gecontroleerde dunne monolagen van galliumnitride (GaN) en aluminiumnitride (AlN) als actieve gebieden, de groep heeft het vermogen getoond om diep-UV-emissie te produceren met een lichtemitterende diode (LED) tussen 232 en 270 nanometer golflengten. Hun emissie van 232 nanometer vertegenwoordigt de kortste geregistreerde golflengte met GaN als lichtgevend materiaal. Het vorige record was 239 nanometer, door een groep in Japan.

"MBE-gegroeide 232-270 nm diep-UV-LED's met behulp van monolaag dunne binaire GaN / AlN-kwantumheterostructuren" werd online gepubliceerd op 27 januari in Technische Natuurkunde Brieven .

Postdoctoraal onderzoeker SM (Moudud) Islam, de hoofdauteur, zei:"UV-C-licht is erg aantrekkelijk omdat het het DNA kan vernietigen van soorten die infectieziekten veroorzaken, die verontreiniging van water en lucht veroorzaken."

Een van de grootste uitdagingen bij ultraviolette LED's is efficiëntie, die wordt gemeten in drie gebieden:injectie-efficiëntie - het aandeel elektronen dat door het apparaat gaat en in het actieve gebied wordt geïnjecteerd; interne kwantumefficiëntie (IQE) - het aandeel van alle elektronen in het actieve gebied dat fotonen of UV-licht produceert; en lichtextractie-efficiëntie - het aandeel fotonen dat in het actieve gebied wordt gegenereerd en dat uit het apparaat kan worden geëxtraheerd en dat daadwerkelijk nuttig is.

"Als je 50 procent efficiëntie hebt in alle drie de componenten... vermenigvuldig deze allemaal en je krijgt een achtste, ' zei Islam. 'Je zit al op 12 procent efficiëntie.'

In het diep-UV-bereik, alle drie de efficiëntiefactoren lijden, maar deze groep ontdekte dat door het gebruik van galliumnitride in plaats van conventioneel aluminium galliumnitride, zowel IQE als de efficiëntie van de lichtafzuiging zijn verbeterd.

De injectie-efficiëntie wordt verbeterd door het gebruik van een polarisatie-geïnduceerd dopingschema voor zowel de negatieve (elektron) als positieve (gat) dragergebieden, een techniek die de groep in eerder werk heeft verkend.

Nu de groep zijn concept van verbeterde diep-UV LED-efficiëntie heeft bewezen, zijn volgende taak is het te verpakken in een apparaat dat ooit op de markt zou kunnen komen. Diep-UV-LED's worden gebruikt bij het bewaren van voedsel en het detecteren van vals geld, onder andere.

Verdere studie omvat het verpakken van zowel de nieuwe technologie als bestaande technologieën in anderszins vergelijkbare apparaten, ter vergelijking.

"Wat betreft het kwantificeren van de efficiëntie, we willen het de komende maanden wel verpakken en testen alsof het een product is, en probeer het te vergelijken met een product met een van de beschikbare technologieën, ' zei Jena.