據(jù)麥姆斯咨詢報道，近期，美國芝加哥大學(xué)（University of Chicago）的研究團隊展示了一種利用膠體量子點（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實驗室（簡稱：PGS實驗室）專門研究膠體合成化學(xué)產(chǎn)生的納米晶體量子點，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，并將其研究結(jié)果發(fā)表在Nature Photonics期刊上。

中紅外光源

PGS實驗室的Xingyu Shen評論道：“這種利用量子點制造紅外光源的經(jīng)濟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。”

上述工作建立在PGS實驗室之前對量子點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。該團隊當(dāng)時指出，這種量子點“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）‘”。

在新項目中，該團隊進一步研究了膠體量子點的制造技術(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，并在每個能級以光的形式發(fā)射一部分能量。

根據(jù)PGS實驗室的說法，迄今為止，這種級聯(lián)技術(shù)從未用膠體量子點實現(xiàn)過，該實驗室創(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)該團隊在Nature Photonics期刊上發(fā)表的論文顯示，該膠體量子點以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現(xiàn)，但這種體系架構(gòu)真正起作用是因為量子力學(xué)。我認(rèn)為它正在以一種非常有趣的方式推動該領(lǐng)域向前發(fā)展?！?/p>

審核編輯：劉清