发光二极管（LED）对显示和照明行业产生了深远的影响。考虑到能量守恒原理，对于发光二极管，人们普遍认为最小电压等于材料的带隙电压。降低LED的工作电压可以节省电源并提高速度。
近年来，一些新兴类别的LED，包括有机LED（OLED）、钙钛矿LED和量子点LED，在亚带隙电压（通常为80-100%的带隙）下观察到光发射。这些观察结果是用材料特有的机制解释的，如热辅助上转换和激子-激子湮灭等。这些机制旨在提供较小的能量增益，以克服施加电压和带隙之间的“能量势垒”。然而，LED的最低可能电压到底是什么，以及它们是否来自相同的物理来源，这些基本问题仍然没有答案。
最近，浙江大学光学科学与工程学院的狄大伟教授领导的一个研究团队发现，在创纪录的36伏低电压下，可以观察到led的发光鈥?0%的带隙。使用高灵敏度光子检测系统收集了17种基于钙钛矿、有机、量子点和商用III-V半导体的LED的结果。这些电压太低，无法用之前报告的机制来解释，并且它们揭示了低压LED操作的普遍起源。这项研究是与剑桥大学卡文迪什实验室的理查德·弗里德爵士教授合作进行的。研究人员最近在《自然通信》上发表了一篇题为“发光二极管的超低电压操作”的论文。
“LED发光的最低电压是多少，自从发明以来一直是一个谜，也是一个正在进行的辩论的主题，”该论文的通讯作者Di说，“我们通过在一项研究中比较多类LED的低压电致发光来研究这个问题，并收集了一些令人振奋的结果，这可能有助于实现统一的理解。”
戴所在的研究小组的博士生、论文第一作者连亚晓，他说“为了找出工作电压可以达到多低，我们建立了一个非常敏感的测量系统，与传统的LED测试仪相比，该系统能够检测到更低的光子数。结果表明，最低电压可以低至带隙的36%。这些都低于过去报告的机制设定的限制。低电压操作不限于某些特殊的LED，它是一种单一的我们测试的所有17种LED都存在sal现象。"
尽管这些器件中的电荷传输和复合模式截然不同，但作者发现这些LED的低电压操作看起来惊人地相似。浙江大学电气工程学院的Lan Dongchen教授是这篇论文的第一作者之一，他说他们“能够构建一个二极管模型来理解LED的发射行为。值得注意的是，所有LED的低压特性都可以用这个模型来描述。”
作者报告说，测量的最小电压实际上是视阈值鈥攖实际阈值电压可能接近零。基于二极管模型和实验结果，研究人员发现，可以通过多种方式降低LED的视阈值电压，例如，通过提高发射效率、降低串联电阻、调整LED的带隙和暗饱和电流。
邢是迪团队的博士生，也是本文的第一作者之一，他说：“为了进一步了解这个问题，我们使用LED模拟软件进行了器件模拟。我们发现钙钛矿和有机LED的低电压特性与基于III-V半导体的传统LED没有太大区别。与温度相关的载流子分布和发射特性可以使用费米-狄拉克统计来描述。”
本研究的实验和分析为长期困扰低压LED运行的难题提供了统一答案。Di说：“发射源于非热平衡带边载流子的辐射复合，这些载流子的数量由受小电压扰动的费米-狄拉克函数确定。这种过程允许工作电压接近零，而不违反能量守恒原则。”
除了揭示超低压LED操作的通用机制外，研究团队还演示了一种典型的通信装置，该装置能够使用钙钛矿LED在低于硅带隙的电压下驱动，将光学数据发送到硅探测器。这些实验证明了低压LED在通信、逻辑和能源应用中的潜力。