Органические светодиоды (OLED) в беспроводной связи
В гонке за разработкой более быстрых и гибких технологий беспроводной связи исследователи обращаются к неожиданному источнику: тем же органическим светодиодам (OLED), которые используются в экранах смартфонов и телевизорах.
Недавнее исследование учёных из Университета Сент-Эндрюс и Кембриджского университета, [опубликованное](https://www.spiedigitallibrary.org/journals/advanced-photonics/volume-7/issue-03/036005/High-speed-organic-light-emitting-diodes-based-on-dinaphthylperylene-achieving/10.1117/1.AP.7.3.036005.full) в журнале Advanced Photonics, показывает, что OLED можно настроить для передачи данных на рекордных скоростях на удивительно большие расстояния — это может изменить способы подключения устройств в будущем.
Статья называется «Высокоскоростные органические светодиоды на основе динафтилперylene, обеспечивающие связь на скорости 4 Гбит/с».
Видимая световая связь (VLC)
Видимая световая связь (VLC), иногда называемая Li-Fi, использует свет вместо радиоволн для передачи данных. Она предлагает такие преимущества, как высокая пропускная способность, низкие помехи и возможность интеграции с существующими системами освещения.
OLED особенно привлекательны для VLC, поскольку они тонкие, гибкие и простые в изготовлении. Но до сих пор их считали слишком медленными для высокоскоростной передачи данных.
Новое исследование опровергает это предположение. Тщательно подобрав материалы и оптимизировав конструкцию OLED, команда достигла скорости передачи данных до 4,0 гигабит в секунду (Гбит/с) на расстоянии 2 метра и 2,9 Гбит/с на расстоянии 10 метров — оба рекорда для систем на основе OLED. Для сравнения, предыдущие системы на основе OLED достигали скорости около 2,85 Гбит/с, и только на очень [коротких расстояниях](https://phys.org/tags/short+distances/).
Ключ к рекордному достижению
Ключом к этому рекордному достижению стало использование стабильного органического соединения под названием динафтилперylene (DNP), известного своим длительным сроком службы и быстрым свечением.
Команда создала OLED с использованием DNP и точно настроила толщину и состав каждого слоя в устройстве, чтобы сбалансировать яркость и скорость. Они также экспериментировали с различными размерами OLED, обнаружив, что более крупные OLED могут излучать больше света без потери скорости, что помогло поддерживать сильные сигналы на больших расстояниях.
Тестирование производительности
Для тестирования производительности команда настроила систему VLC, используя эти OLED в качестве передатчиков и высокоскоростные фотодиоды в качестве приёмников. Они использовали технику модуляции, называемую ортогональным частотным разделением каналов (OFDM), обычно используемую в Wi-Fi и 5G, для максимизации пропускной способности данных. Система смогла поддерживать низкие уровни ошибок даже на высоких скоростях благодаря передовой обработке сигналов и коррекции ошибок.
Впечатляющим аспектом исследования является 10-метровый канал передачи данных. Достижение почти 3 Гбит/с на этом расстоянии с помощью одного OLED-передатчика — это большой шаг вперёд, особенно учитывая, что большинство предыдущих систем на основе OLED работали на расстоянии менее полуметра.
Это открывает двери для практического применения OLED VLC в домах, офисах и даже в носимых устройствах.
Детектор sPHENIX: первые физические результаты
Детектор частиц sPHENIX, новейший эксперимент на Релятивистском коллайдере тяжёлых ионов (RHIC) в Брукхейвенской национальной лаборатории Министерства энергетики США (DOE), опубликовал свои первые физические результаты: точные измерения количества и плотности энергии тысяч частиц, возникающих в результате столкновений ионов золота, движущихся почти со скоростью света.
Как описано в двух статьях, недавно принятых к публикации в Physical Review C и Journal of High Energy Physics, эти измерения закладывают основу для детального изучения детектором кварк-глюонной плазмы (QGP), уникального состояния материи, которое существовало всего через несколько микросекунд после Большого взрыва около 14 миллиардов лет назад. Оба исследования доступны на сервере препринтов arXiv.
Новые измерения показывают, что чем более лобовыми являются ядерные столкновения, тем больше заряженных частиц они производят и тем больше общей энергии несут эти похожие на фейерверк брызги частиц. Это хорошо согласуется с результатами других детекторов, которые отслеживали столкновения, генерирующие QGP, в RHIC с 2000 года, подтверждая, что новый детектор работает так, как было обещано.
«Как новый и очень сложный эксперимент, который прошёл через десятилетие планирования, строительства и ввода в эксплуатацию, первые вопросы, которые мы должны задать, таковы: правильно ли работает детектор, точна ли наша калибровка и надёжны ли наши конвейеры обработки данных?» — сказал Джин Хуан, физик из Брукхейвенской лаборатории и соруководитель проекта sPHENIX Collaboration. «Лучший способ сделать это — провести измерения основных свойств столкновений и подтвердить, что детектор измеряет их правильно».
Но помимо этих фундаментальных измерений, sPHENIX расширяет границы, позволяя достичь нового уровня точности, обнаружения более редких сигналов и более детального исследования QGP.
Среди передовых функций нового детектора — прецизионные системы слежения для реконструкции траекторий частиц, даже для редких, важных частиц, которые образуются и распадаются в нескольких микрометрах от центра столкновения. Он также может похвастаться полным набором калориметров — устройств для измерения энергии частиц, вылетающих из столкновений.
Электромагнитный калориметр измеряет энергию электронов и фотонов, а адронный калориметр — энергию адронов, составных частиц, состоящих из кварков, когда они вылетают под разными углами.
«Детекторы слежения функционируют как гигантская 3D-камера. Они помогают нам чётко видеть пути заряженных частиц, когда тяжёлые ионные пучки сталкиваются, даже когда тысячи частиц производятся в одном из наиболее лобовых столкновений», — сказал Хуан. «И когда частицы вылетают, они также несут энергию от столкновения. Для этого и создан калориметр — чтобы определить, насколько они энергичны».
Сочетание компонентов и точности их измерений позволяет учёным анализировать данные детально и количественно. Например, «Мы можем точно измерить, насколько больше энергии производится, когда столкновение переходит от более периферийного, где ионы сталкиваются под скользящими углами, к более центральному, или лобовому», — сказала Меган Коннорс, физик из Университета штата Джорджия и другой соруководитель проекта sPHENIX. Данные показывают, что более центральные столкновения высвобождают примерно в 10 раз больше энергии. Аналогично, количество заряженных частиц, производимых в наиболее центральных столкновениях, в 10 раз больше, чем в периферийных.
Точность также позволит учёным выделить редкие сигналы, например, образование тяжёлых кварков очень близко к точке столкновения. Они также смогут полностью реконструировать струи — коллимированные брызги частиц, которые возникают из энергичных кварков или глюонов, учитывая всю энергию, переносимую частицами в этих струях.
«Очень интересно показать, что мы можем измерять энергию в широком динамическом диапазоне, а также показать, что мы хорошо контролируем геометрию столкновений», — сказал Деннис Перепелица, физик из Университета Колорадо в Боулдере, который выполняет функции координатора по физике и заместителя руководителя проекта.
Перепелица отметил, что будущие исследования будут использовать струи «как микроскоп, чтобы изучить субструктуру QGP». Например, сравнение того, как струи, генерируемые тяжёлыми и лёгкими кварками, взаимодействуют с плазмой, может показать, что это не однородная, гладкая смесь свободных кварков и глюонов, а скорее имеет сгустки — «как густой суп вместо гладкого пюре», сказал он. Это может помочь учёным разобраться, как частицы в струях взаимодействуют с плазмой и иногда теряют энергию, или «гасятся», что, в свою очередь, покажет, как QGP получает свои замечательные свойства.
«Эти первые измерения представляют собой работу более чем 300 учёных sPHENIX — включая студентов и докторантов со всей страны и мира — которые создали и запустили детектор, контролировали его работу во время экспериментальных смен и провели обширную работу по калибровке детектора и анализу данных», — сказала Коннорс. «Они закладывают основу нашего экспериментального изучения QGP и знаменуют переход к началу очень захватывающей главы для эксперимента sPHENIX».