设计有胶体量子点的LED可以用作激光器

时间：2021-09-07 19:52:13 来源：

这些是在LED模式下运行的胶体量子点。

研究人员通过成功演示也可以用作光泵浦激光器的量子点LED，在通向通用胶体量子点激光二极管的道路上迈出了关键的里程碑。

洛斯阿拉莫斯（Los Alamos）的科学家已经将精心设计的胶体量子点整合到一种新型的包含集成光学谐振器的发光二极管（LED）中，从而使它们能够充当激光器。这些新颖的双功能设备为多功能，易于制造的激光二极管扫清了道路。该技术可能会改变从光子学和光电子学到化学传感和医学诊断的众多领域。

洛斯阿拉莫斯国家实验室量子点小组负责人Victor Klimov表示：“这项最新突破以及我们在量子点化学和器件工程领域取得的其他最新进展表明，由溶液组装而成的激光二极管可能很快就会成为现实。”“量子点显示器和电视机已经可以作为商业产品使用。胶体量子点激光器似乎排在下一个。”

胶体量子点激光器可以使用比需要复杂的，基于真空的逐层沉积技术的现代半导体激光二极管更便宜，更简单的方法来制造。可在实验室和工厂条件不那么苛刻的条件下生产可溶液处理的激光器，并且可以使设备受益于许多新兴领域，包括集成光子电路，光学电路，片上实验室平台和可穿戴设备。

在过去的二十年中，Los Alamos量子点团队一直在研究基于通过胶体化学制备的半导体纳米晶体的激光器件的基础和应用方面。这些粒子（也称为胶体量子点）可以很容易地从其本机溶液环境中进行处理，以创建各种光学，电子和光电设备。此外，它们可以针对激光应用进行“尺寸调整”，以产生现有半导体激光二极管无法获得的颜色。

在今日（2020年1月14日）在《自然通讯》上发表的一篇论文中，洛斯阿拉莫斯大学的研究人员成功地解决了商业上可行的胶体量子点技术道路上的若干挑战。特别是，他们展示了一种可操作的LED，该LED还可用作光泵浦的低阈值激光器。为了实现这些行为，他们将光谐振器直接合并到LED架构中，而不会阻止电荷载流子流入量子点发射层。此外，通过仔细设计其多层器件的结构，他们可以将发射光很好地限制在50纳米数量级的超薄量子点介质中。这是获得激光效果并同时允许电流有效激发量子点的关键。这次成功演示的最终成分是独特的，自制的量子点，这些量子点非常适合Los Alamos团队多年来对这些纳米结构的化学和物理研究而开发的配方，可用于激光应用。

目前，洛斯阿拉莫斯州的科学家们正在应对剩下的挑战，这是将电流密度提高到足以获得所谓的“人口反转”的水平。所谓的“人口反转”是指量子点活性介质变成光放大器时的状态。

参考：Jeongkyun Roh，Young-Shin Park，Jaehoon Lim和Victor I. Klimov于2020年1月14日在Nature Communications.DOI：“具有集成光腔的类LED器件中的光泵浦胶体量子点激射”
10.1038 / s41467-019-14014-3

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