作者:乔治·萨拉扎，德克萨斯高级计算中心 科学家们正在使用超级计算机来获得对新材料的见解，这些新材料可以使发光二极管照明更加明亮和更加实惠
用于下一代固态照明的立方ⅲ族氮化物发光二极管材料有了新的特性
信用:蔡等
美国铝业公司欧米茄2020，5，8，3917-3923 发光二极管灯越来越照亮世界
根据国际能源署的数据，全球住宅照明中的发光二极管销售额从2013年的5%上升到2018年的40%，其他行业也反映了这些趋势
无与伦比的能效和坚固性使发光二极管灯受到消费者的欢迎
科学家们目前正在使用超级计算机来了解新材料的晶体结构，这种新材料可以使发光二极管照明更加明亮和更加实惠
下一代固态照明用发光二极管材料的新特性已经被发现
2020年1月发表在化学杂志《美国化学学会欧米茄》上的一项研究揭示了光子和电子器件中立方ⅲ族氮化物的更光明未来的证据
“主要的发现是，下一代发光二极管能够、应该并且将会做得更好，”该研究的合著者、伊利诺伊大学香槟分校电子和计算机工程助理教授can巴伊兰说
他研究立方ⅲ族氮化物的动机源于这样一个事实，即当今的发光二极管在电流通过器件的高注入条件下会丧失大部分效率，而这是一般照明所必需的
巴伊兰的实验室在现实生活中和他们的模拟中一个原子一个原子地建立新发现的晶体，这样他们就可以把实验和理论联系起来
“我们需要可升级的新材料用于下一代照明，”巴伊兰说
“及时而精确地搜索这些材料需要巨大的计算能力
" “在这项研究中，我们正在探索立方相铝镓铟氮化物材料的基本性质”巴伊兰说
用统一的混合密度泛函理论研究了二元和三元、纤锌矿和闪锌矿ⅲ族氮化物的带隙和电子亲和势，用安德森电子亲和势模型计算了wz-和zb-合金之间的带偏
信用:蔡等
美国铝业公司欧米茄2020，5，8，3917-3923 “迄今为止，基于铟镓氮化物的绿色发光二极管的研究一直局限于天然存在的六方相器件
然而，它们在功率、效率、速度和带宽方面受到限制，尤其是在发射绿色时
这个问题推动了我们的研究
我们发现立方相材料由于较低的带隙而将绿色发射所需的铟含量减少了10%
此外，由于它们的零极化，它们的辐射复合动力学为四倍
该研究的合著者和研究生蔡怡嘉补充道
巴伊兰将计算模型描述为“实验证实的”
“计算出的基本材料性质是如此精确，以至于计算结果几乎与实验结果一一对应，”他说
他解释说，像氮化镓这样的化合物半导体很难建模，因为它们是化合物，不像硅或锗这样的元素半导体
模拟化合物半导体的合金，如铝镓氮化物，更具挑战性，因为，俗话说，这一切都是关于位置，位置，位置
相对原子位置很重要
在结晶学类的晶胞草图中，铝和镓原子是可以互换的
但在我们的计算研究中并非如此，”巴伊兰解释道
这是因为当你模拟一个单元时，每个原子及其相对位置都很重要，这个单元是整个半导体材料的一小部分
“我们模拟单元以节省计算资源，并使用适当的边界条件来推断整个材料的特性
因此，我们必须模拟所有可能的单元组合，并据此推断——这种方法给出了与实验最佳的计算匹配，”巴伊兰说
使用这种方法，他们进一步探索新的虽然不是实验实现的材料
为了克服计算方面的挑战，巴伊兰和蔡申请并获得了极限科学与工程发现环境(XSEDE)的超级计算机分配
XSEDE是一个由国家科学基金会资助的虚拟系统，科学家可以使用它来交互式地共享计算资源、数据和专业知识。
德克萨斯高级计算中心的XSEDE分配的踩踏事件2和牧场系统支持巴伊兰的模拟和数据存储
德克萨斯高级计算中心的踩踏2超级计算机是由国家科学基金会资助的极限科学和工程发现环境的一个分配资源
信用:TACC “XSEDE是一种独特的资源
我们主要使用最先进的XSEDE硬件来实现材料计算
首先，我想强调XSEDE是一个推动者
没有XSEDE，我们无法进行这项研究
我们从创业开始，然后是研究拨款
在过去的两年里，XSEDE为我们提供了价值近2万美元的研究拨款
一旦实施，我们的研究成果将每年节省数十亿美元的能源，”巴伊兰说
巴伊兰强调，非科学家可以从这种对原型发光二极管材料的基础研究中受益
“我们现在比以往任何时候都更需要照明
我们不仅需要照明来观看
我们园艺需要它
我们需要它来交流
我们需要它来治病
普通照明效率提高1%每年将节省60亿美元
单就财务而言，这是100万倍的投资回报，”他说
对于任何半导体器件，科学家都努力了解其中的杂质
巴伊兰研究的下一个阶段是了解杂质如何影响新材料，并探索如何有效地掺杂新材料
通过寻找最有前途的元素周期表组，他说他们正在寻找最好的元素掺杂剂，这将最终极大地帮助器件的实验实现
巴伊兰说:“超级计算机是超级乘数
他们将基础研究大量引入主流行业
当研究成果承诺一个独特的解决方案时，衡量成功的一个标准就来了
在我们的计算探索上一次性投资2万美元至少每年可以节省60亿美元
如果没有，这意味着研究成果消除了进一步调查的材料，这种早期投资将有助于行业节省数百万美元和研究时间
我们最初的发现很有希望，无论结果如何，这项研究最终都会造福社会
" 这项名为“用混合密度泛函理论研究三元纤锌矿和闪锌矿ⅲ族氮化物的能带排列”的研究发表在2020年1月30日的《美国化学学会奥米加》杂志上
伊利诺伊大学香槟分校电气与计算机工程系的蔡怡嘉和残巴伊兰是这项研究的合著者
这项工作得到了美国国家科学基金会教师早期职业发展项目的支持，项目编号为美国国家科学基金会-ECCS-16-52871
作者承认极限科学和工程发现环境(XSEDE)与Nos分配的计算资源
TG-DMR180050和TG-DMR180075
来源：由phyica.com整理转载自PH，转载请保留出处和链接！
