Des chercheurs du laboratoire de Joanna McKittrick, professeur de science des matériaux à la Jacobs School of Engineering, puis compris la recette nécessaire pour faire le nouveau phosphore. Ils ont également confirmé les propriétés d'absorption et d'émission de lumière prévues du phosphore en laboratoire.

Une équipe dirigée par le professeur de science des matériaux Won Bin Im à l'Université nationale de Chonnam en Corée a optimisé la recette de phosphore pour la fabrication industrielle et a construit des prototypes de LED blanches avec le nouveau phosphore. Ils ont évalué les LED à l'aide de l'indice de rendu des couleurs (CRI), une échelle qui évalue de 0 à 100 la précision des couleurs apparaissant sous une source lumineuse. De nombreuses LED commerciales ont des valeurs CRI d'environ 80. Les LED fabriquées avec le nouveau phosphore ont donné des valeurs CRI supérieures à 90.

La quête computationnelle d'un nouveau matériau

Grâce à l'approche computationnelle développée par l'équipe d'Ong, la découverte du phosphore n'a pris que trois mois, un délai court par rapport aux années d'expériences d'essais et d'erreurs qu'il faut généralement pour découvrir un nouveau matériau.

"Les calculs sont rapides, évolutif et pas cher. À l'aide d'ordinateurs, nous pouvons rapidement cribler des milliers de matériaux et prédire des candidats pour de nouveaux matériaux qui n'ont pas encore été découverts, " dit Ong.

On, qui dirige le Materials Virtual Lab et est membre du corps professoral du Sustainable Power and Energy Center de l'UC San Diego, utilise une combinaison de calculs à haut débit et d'apprentissage automatique pour découvrir des matériaux de nouvelle génération pour les applications énergétiques, y compris les piles, piles à combustible et LED. Les calculs ont été effectués à l'aide de l'Extreme Science and Engineering Discovery Environment de la National Science Foundation au San Diego Supercomputer Center.

Dans cette étude, L'équipe d'Ong a d'abord compilé une liste des éléments les plus fréquents dans les matériaux phosphorés connus. A la surprise des chercheurs, ils ont constaté qu'il n'y a pas de matériaux connus contenant une combinaison de strontium, lithium, aluminium et oxygène, qui sont quatre éléments luminophores communs. À l'aide d'un algorithme d'exploration de données, ils ont créé de nouveaux candidats phosphores contenant ces éléments et ont effectué une série de calculs de premier principe pour prédire lequel fonctionnerait bien comme phosphore. Sur 918 candidats, SLAO a émergé comme le principal matériau. Il était prévu qu'il soit stable et qu'il présente d'excellentes propriétés de photoluminescence.

"Ce n'est pas seulement remarquable que nous ayons pu prédire un nouveau composé phosphoré, mais un qui est stable et peut en fait être synthétisé en laboratoire, " a déclaré Zhenbin Wang, un doctorat en nano-ingénierie. candidat dans le groupe de recherche d'Ong et co-premier auteur de l'étude.

La principale limitation du phosphore est son efficacité quantique moins qu'idéale - avec quelle efficacité il convertit la lumière entrante en lumière d'une couleur différente - d'environ 32 %. Cependant, les chercheurs notent qu'il conserve plus de 88 % de ses émissions à des températures de fonctionnement typiques des LED. Dans les LED commerciales, il y a généralement un compromis avec la qualité des couleurs, Ong noté. "Mais nous voulons le meilleur des deux mondes. Nous avons obtenu une excellente qualité de couleur. Nous travaillons maintenant sur l'optimisation du matériau pour améliorer l'efficacité quantique, " dit Ong.