據(jù)麥姆斯咨詢報(bào)道，近期，美國芝加哥大學(xué)（University of Chicago）的研究團(tuán)隊(duì)展示了一種利用膠體量子點(diǎn)（QD）獲得中紅外發(fā)射的新方法，這可能為中紅外光源開辟新的應(yīng)用。

膠體量子點(diǎn)是一種半導(dǎo)體納米晶體材料，它為通過濕化學(xué)溶液處理技術(shù)大量合成光源提供了一條有前途的途徑。

膠體量子點(diǎn)在可見光范圍內(nèi)的電致發(fā)光已經(jīng)非常高效且具有成本效益，但迄今為止其它波長已被證明更具挑戰(zhàn)性，尤其是中紅外區(qū)域。

芝加哥大學(xué)Philippe Guyot-Sionnest實(shí)驗(yàn)室（簡稱：PGS實(shí)驗(yàn)室）專門研究膠體合成化學(xué)產(chǎn)生的納米晶體量子點(diǎn)，現(xiàn)已開發(fā)出一種在中紅外波段發(fā)射特性大大改善的膠體量子點(diǎn)，并將其研究結(jié)果發(fā)表在Nature Photonics期刊上。

中紅外光源

PGS實(shí)驗(yàn)室的Xingyu Shen評論道：“這種利用量子點(diǎn)制造紅外光源的經(jīng)濟(jì)有效且易于使用的方法可能非常有用。該發(fā)現(xiàn)最終可能會(huì)導(dǎo)致顯著便宜的中紅外LED和激光器，或者是新的技術(shù)應(yīng)用?！?/p>

上述工作建立在PGS實(shí)驗(yàn)室之前對量子點(diǎn)器件制造和性能研究的基礎(chǔ)之上，包括改善納米顆粒尺寸分布的努力和納米晶體量子點(diǎn)紅外探測器的開發(fā)，有可能以極低的成本與商用器件相媲美。

2022年，該研究小組展示了首款基于碲化汞（HgTe）的中紅外膠體量子點(diǎn)LED，這種材料具有半導(dǎo)體特性和穩(wěn)定性，有利于紅外發(fā)射。該團(tuán)隊(duì)當(dāng)時(shí)指出，這種量子點(diǎn)“有望通過令人興奮的新制造工藝，打破極高的紅外成像‘成本/克（cost/gram）‘”。

在新項(xiàng)目中，該團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步研究了膠體量子點(diǎn)的制造技術(shù)以及發(fā)光方法，其靈感來自于已建立的激光發(fā)射級聯(lián)方法，其中電子穿過一系列不同的能級，并在每個(gè)能級以光的形式發(fā)射一部分能量。

根據(jù)PGS實(shí)驗(yàn)室的說法，迄今為止，這種級聯(lián)技術(shù)從未用膠體量子點(diǎn)實(shí)現(xiàn)過，該實(shí)驗(yàn)室創(chuàng)建了HgTe納米晶體的黑色“墨水”，將其“涂覆”襯底上并通以電流使其發(fā)光。

根據(jù)該團(tuán)隊(duì)在Nature Photonics期刊上發(fā)表的論文顯示，該膠體量子點(diǎn)以4.5%的量子效率發(fā)出5 μm的中紅外光，接近商用外延級聯(lián)量子阱發(fā)光二極管。通過進(jìn)一步優(yōu)化，該級聯(lián)方法可能超越現(xiàn)有方法。

“我們對這種可能性感到非常興奮?！盙uyot-Sionnest說道，“這是膠體量子點(diǎn)潛在應(yīng)用的最佳例子之一。更多應(yīng)用可以通過其它材料來實(shí)現(xiàn)，但這種體系架構(gòu)真正起作用是因?yàn)榱孔恿W(xué)。我認(rèn)為它正在以一種非常有趣的方式推動(dòng)該領(lǐng)域向前發(fā)展?！?/p>

審核編輯：劉清