在過(guò)去的幾年里,科學(xué)家們嘗試了各種方法,包括電化學(xué)方法或化學(xué)摻雜,以使膠體量子點(diǎn)在激光器中更容易使用。這些方法在生產(chǎn)過(guò)程中需要使用苛刻的化學(xué)溶劑或無(wú)氧環(huán)境,因此僅限于實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的實(shí)驗(yàn)。在《科學(xué)進(jìn)展》期刊上發(fā)表的一項(xiàng)研究中,南洋理工大學(xué)助理教授Steve Cuong Dang和博士生Yu Junhong演示了電場(chǎng)如何幫助量子點(diǎn)發(fā)射激光,同時(shí)只使用傳統(tǒng)驅(qū)動(dòng)激光器所需能量的一小部分。在實(shí)驗(yàn)中,南大科學(xué)家們?cè)趦蓚€(gè)電極之間嵌入了膠體量子點(diǎn),這提供了一個(gè)電場(chǎng)來(lái)控制和改變膠體量子點(diǎn)內(nèi)部的性質(zhì)。
通過(guò)控制這些特性,科學(xué)家們將激光器發(fā)射所需的能量閾值降低了約10%,使膠體量子點(diǎn)激光器的前景更接近現(xiàn)實(shí)。這種閾值降低是科學(xué)家第一次使用電場(chǎng)來(lái)降低它,而不是使用電化學(xué)方法。能夠制造出低成本、小尺寸、顏色范圍廣泛的“電力驅(qū)動(dòng)”激光器,是許多光學(xué)和光電子研究人員的圣杯。激光器是醫(yī)療、安全、消費(fèi)電子等行業(yè)的支柱技術(shù),是激光電視發(fā)展的基礎(chǔ),實(shí)驗(yàn)的成果使我們離開發(fā)單材料的全彩色激光器又近了一步。
膠體量子點(diǎn)的好處
這一成就最終將使在消費(fèi)電子和物聯(lián)網(wǎng)(IOTs)中使用的集成芯片系統(tǒng)上安裝激光成為可能。膠體量子點(diǎn)在簡(jiǎn)單的液相化學(xué)合成中容易且經(jīng)濟(jì)地制備出來(lái),并且在光學(xué)和電子性質(zhì)可以通過(guò)改變顆粒大小來(lái)改變和控制。膠體納米材料以其低成本、可調(diào)諧的發(fā)射色和高發(fā)射效率吸引著激光器制造商。然而,目前要使它們lase需要快速、強(qiáng)烈和相干的光抽運(yùn),而電抽運(yùn)則是緩慢、微弱和不相干的。研究表明應(yīng)用電場(chǎng)膠體量子點(diǎn)降低了激光閾值,并可能導(dǎo)致可行的電注入膠體量子點(diǎn)激光。
激光研究的下一個(gè)重大挑戰(zhàn)是開發(fā)納米級(jí)激光器,并將它們集成到芯片上的光子器件和超靈敏傳感器中。這將給現(xiàn)代社會(huì)帶來(lái)重大影響,尤其是在數(shù)據(jù)和信息處理方面,這將推動(dòng)第四次工業(yè)革命,實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)將是新加坡工業(yè)4.0轉(zhuǎn)型的重大進(jìn)展。該團(tuán)隊(duì)目前正進(jìn)一步研究如何在芯片上制造微小的膠體量子點(diǎn)激光器,并與熱衷于將該技術(shù)開發(fā)成具有實(shí)際應(yīng)用的概念驗(yàn)證設(shè)備的行業(yè)合作伙伴合作。
這個(gè)跨學(xué)科項(xiàng)目是由新加坡教育部、新加坡國(guó)家研究基金會(huì)(NRF)和新加坡科學(xué)、技術(shù)和研究局(A*STAR)資助的,參與者包括南洋理工Luminous照明與顯示研究中心的博士生Yu Junhong和研究員Sushant Shendre博士。
轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處。