Дата-центры перестанут плавиться от перегрева. Нобелевский лауреат запер свет микродиода в нанозеркалах и отправил лазеры на свалку

Светодиоды толщиной с человеческий волос могут вскоре начать делать работу, которую обычно поручают лазерам. В новом исследовании Калифорнийского университета в Санта-Барбаре (UCSB) ученые описали microLED, которые светят заметно эффективнее и направляют луч точнее. Авторы считают, что такие источники света подходят для коротких оптических линий, например внутри дата-центров, где важно экономить энергию и не перегревать оборудование.

Главная идея исследования была в том, чтобы «подправить» microLED так, чтобы он лучше выпускал свет наружу и меньше разбрасывал его в стороны. Для этого излучающую область по бокам сделали как бы в коридоре из распределённых брэгговских отражателей (distributed Bragg reflectors, DBR). Проще говоря, это набор тонких слоёв, которые для нужной длины волны работают как зеркало: они отражают свет обратно и помогают направить его туда, где он реально нужен.

По данным авторов, такое боковое экранирование дало сразу несколько измеримых эффектов. Оптический выход через сторону, обращённую в воздух (air-side emission), вырос примерно на 20% по сравнению с контрольными microLED. Через сторону подложки (substrate-side emission) прирост оказался ещё выше: более 130%. Плюс луч стал собраннее и меньше расходился: расходимость пучка снизилась примерно на 30% относительно эталонных устройств. Для короткой оптики это важная вещь: когда свет меньше расползается, его проще поймать приёмником, а значит, можно упростить оптическую часть линии и снизить потери.

Команда также измерила, как поменялась эффективность по электричеству. Здесь речь не про яркость саму по себе, а про то, сколько полезного света получается из подведённой мощности. В работе отмечают примерно 35% рост электрической эффективности и около 46% рост КПД от сети. Последний показатель обычно считают самым практичным: он показывает, какая доля энергии «из розетки» превращается в свет, а какая уходит в тепло и другие потери. Если верить этим цифрам, новый дизайн заметно лучше расходует энергию, чем обычные microLED.

В тексте отдельно объясняют, почему microLED вообще рассматривают как альтернативу лазерам в коротких оптических соединениях. Лазеры, по словам авторов, начинают сталкиваться с тепловыми проблемами при сравнительно невысоких температурах. MicroLED, наоборот, можно разгонять сильнее и держать горячее без сложного охлаждения. В условиях дата-центра это означает меньше требований к охлаждению, ниже расходы на обслуживание и, потенциально, меньше замен оборудования. Авторы связывают это с тем, что в дата-центрах постоянно приходится выбирать между теплом, надёжностью и энергопотреблением, а источник света влияет на все три пункта.

MicroLED в работе описывают как устройства шириной обычно 100 микрометров или меньше. Такие размеры делают их удобными для плотной компоновки и коротких оптических линий, в которых расстояния небольшие, зато важны стабильность и энергобюджет. Авторы напоминают о фоне, на котором растёт интерес к таким источникам: облачные сервисы и системы ИИ расширяются, дата-центры гонят всё больше данных, и даже небольшие улучшения на стороне излучателя могут дать заметный экономический эффект, если умножить их на число соединений в стойках и залах.

Ещё одна полезная деталь здесь - это универсальность одной и той же технологической базы. По их логике, microLED могут пригодиться не только в оптических связях внутри дата-центров. Те же решения можно переносить в дисплеи, где важны яркость и тонкий корпус, а также в устройства AR и VR, где нужны компактные и эффективные источники света с контролируемым светораспределением.