دیودهای لیزری ارگانیک؛ از خیال تا واقعیت
 

دیودهای لیزری ارگانیک ابزار نوظهوری در تولید نور هستند. در ساخت این دیودها برای نورافشانی به جای مواد غیر ارگانیک نیمه رسانایی مانند «گالیم آرسنید» و «نیترید گالیم» که در وسایل متداول به کار می روند از مواد ارگانیکی که ماهیت کربنی دارند استفاده شده است.
این لیزرها از بسیاری جهات شبیه به دیودهای «گسیل کننده نور ارگانیک» (OLEDs)هستند. در دیودهای OLEDیک لایه نازک از مولکول های ارگانیک با اتصال برق از خود نور منتشر می کند. این دیودها تبدیل به گزینه مورد پسندی برای ساخت صفحه تلفن های همراه شده اند، چون هم کارایی بالا و هم رنگ های پرانرژی و زنده ای دارند. به علاوه، می توان آن ها را به راحتی با چیدن آرایش جدیدی از مولکول های ارگانیک تعویض کرد.
اما دیودهای لیزری ارگانیک ضمن این که کاربردهای بیشتری نسبت به دیودهای OLEDدارند، نور بسیار خالص تر و زیادتری تولید می کنند. با این حال برای لیزری کردن نور نیاز به جریان برقی بسیار شدیدتر از برق مورد استفاده در دیودهای OLED دارند. این یکی از دلایلی است که پیشرفت مطالعات قبلی در ساخت وسایلی با دیود لیزری ارگانیک را مختل کرده بود. همچنین، تلاش هایی که پیش از این برای تولید نور لیزر به روش الکتریکی و با به کارگیری مواد ارگانیک صورت گرفته بودند با شکست رو به رو شدند زیرا روند تولید نور لیزری به دلیل نبود توصیفات کافی با فرایند دیگری اشتباه گرفته شده بود.
اما اکنون دانشمندان ژاپنی مرکز پژوهش های الکترونیک و فوتونیک ارگانیک دانشگاه کیوشو(OPERA) اعلام کرده اند اطلاعات کافی در اختیار دارند تا نشان دهند سرانجام موفق به ساخت دیودهای نیمه رسانای ارگانیک شده اند. آنها با به کار بردن مواد اصلاح شده و ساختار تازه ای برای دیودها، محدودیت ها را از سر راه برداشته و به موفقیت دست یافته اند.
القاء مقادیر زیادی جریان الکتریسیته به لایه هایی از مواد ارگانیک یک گام مهم در لیزری کردن نور است تا وضعیتی به نام وارونگی جمعیت ایجاد شود. وارونگی جمعیت زمانی اتفاق می افتد که تعداد اتم ها یا مولکول ها در حالت برانگیختگی بیشتر از حالت پایه باشد. با این حال، مقاومت بالای بسیاری از مواد طبیعی نسبت به الکتریسیته سبب می شود تا قبل از این که گرم شوند و بسوزند به سختی بار الکتریکی کافی در آن ها ذخیره شود.
مشکل عمده تر این است که بیشتر مواد ارگانیک در اثر قرار گرفتن در معرض جریان برق شدید زودتر آسیب می بینند. این امر کارایی ابزاری که با این مواد ساخته شده اند را کم می کند و حتی باعث می شود که جریان الکتریکی به مراتب شدیدتری برای فعال شدن آنها مورد نیاز باشد.
برای غلبه بر این اشکالات، تیم پژوهشی ژاپنی از یک ماده ارگانیک فوق العاده کارآمد در انتشار نور (BSBCz) استفاده کردند که مقاومت نسبتاً کمی در مقابل الکتریسیته داشت و میزان آسیب پذیری
آن نیز، حتی در زمانی که مقدار جریان برق زیادی به آن وارد می شد کم بود، اما باز هم صرفاً در اختیار داشتن ماده ارگانیک مناسب برای ساختن این دیودها کافی نبود.
بنابراین، آنها ساختار قطعه را نیز تغییر دادند و آن را طوری طراحی کردند که لایه ای تورمانند از ماده عایق روی یکی از الکترودهای به کار رفته جهت تزریق الکتریسیته به لایه های نازک ماده ارگانیک قرار گیرد.
این لایه های مشبک برای لیزری کردن نور بهترین بازده را از خود نشان می دهند، اما پژوهشگرها باز هم یک قدم فراتر از این رفتند. آنها با بهینه سازی این ورقه های مشبک علاوه بر به دست آوردن ویژگی های نوری مطلوب، توانستند سیالیت الکتریسیته را در دیودها کنترل کنند و مقدار جریان الکتریکی مورد نیاز برای مشاهده اثر لیزری در لایه نازک ماده ارگانیک را به حداقل برسانند.
آنها به قدری از عملکرد دیودهای لیزری ارگانیک خود مطمئن هستند که یک شرکت استارت آپ به نام «کوالا تِک» تأسیس کردند تا به پژوهش های خود سرعت ببخشند و موانع باقی مانده برای استفاده از این دیودها را در کاربردهای تجاری از میان بردارند. تلاش ها برای ارتقاء دادن عملکرد دیودهای لیزری ارگانیک که پیشرفته ترین فناوری ارگانیک در تولید نور در دنیا هستند همچنان ادامه دارند.
چراغ راهنمای هوشمند برای عابرین پیاده
برای این که چراغ های راهنمای متداول سبز شوند و ما بتوانیم از خیابان عبور کنیم، لازم است دکمه چراغ راهنما را فشار داده شده یا از قبل توسط پلیس تنظیم شود. اما اگر فشردن و تنظیم دکمه های چراغ راهنما یک وظیفه روزانه باشد، تبدیل به کاری کسالت آور می شود.
با پیشرفت فناوری چنین به نظر می رسد که چراغ های راهنما به قدر کافی هوشمند شده باشند که دیگر نیازی به تنظیمات دکمه ای نباشد. به عبارتی دیگر، خود چراغ افرادی را که می خواهند از خطوط عابر پیاده عبور کنند شناسایی می کند و به طور خودکار سبز می شود.
سه سال طول کشیده است تا پژوهشگران اتریشی یک چراغ راهنمای جدید برای عابرین پیاده بسازند. این چراغ راهنما مجهز به دوربین است و یک منطقه حدود ۸۰ × ۵۰ متری را پوشش می دهد. زمانی که متوجه حضور یک یا چند نفر در موقعیت مناسب می شود، سیگنال هایی را به چراغ ها ارسال می کند. همه این ها فقط در مدت چند ثانیه اتفاق می افتد.
برای این چراغ راهنمای هوشمند الگوریتم های یادگیری ساخته شده اند که با استفاده از مدل های حرکتی جهانی و داده های ثبت شده قصد عابرین پیاده را برای عبور از خیابان تشخیص می دهد. یکی دیگر از قابلیت های این چراغ های راهنما، روان کردن ترافیک است. اما ویژگی مهم تر و جالب توجه تر این چراغ، تغییرپذیری زمان بندی آن است. برای مثال اگر عده افراد زیاد باشد، زمان سبز ماندن چراغ به طور خودکار افزایش می یابد. طبیعی است که هر چه تعداد بیشتر باشد، برای عبور از خیابان مدت زمان بیشتری نیاز است. در صورتی که عابرین پیش از سبز شدن چراغ شروع به حرکت کنند، چراغ های راهنمای هوشمند نسبت به این کار واکنش نشان می دهند، یعنی سبز نمی شوند و وقت کسانی که در خودروها هستند بی جهت هدر نمی شود.
به عقیده پژوهشگران، این روش ۳ تا ۴ ثانیه سریع تر از زمانی است که خود عابرین دست خود را برای فشار دادن دکمه چراغ سبز دراز می کنند. البته مسائل مربوط به حریم شخصی نیز مد نظر قرار گرفته شده اند. اگرچه داده های تصویری بی هیچ شبهه ای برای تشخیص عابرین پیاده لازم هستند، فقط در همان منطقه مورد بررسی قرار می گیرند و از دوربین های آن منطقه خارج نمی شوند. سیستم چراغ راهنمای هوشمند برای سنجش قصد عابرین پیاده به طور انحصاری از اطلاعات هندسی استفاده می کند. همچنین مجهز به یک سیستم نظارتی است که تخلف ها را فوراً گزارش می دهد. این چراغ راهنما در ۲۴ ساعت شبانه روز حتی در شرایط آب و هوایی نامساعد فعال است و نوسانات ولتاژ برق عملکرد آن را مختل نمی کنند.
در حال حاضر چراغ راهنمای هوشمند در حد یک پروژه است و انتظار می رود تا پایان سال ۲۰۲۰ جایگزین چراغ های راهنمای دکمه ای و تنظیم شونده در وین شوند.

code

Email this page

نسخه مناسب چاپ