日前，新加坡南洋理工大學(xué)網(wǎng)站發(fā)文稱，南洋理工的科學(xué)家們已開發(fā)出一種利用電場使膠體量子點產(chǎn)生激光的方法。膠體量子點（CQDs）是一種半導(dǎo)體納米粒子，它能有效地產(chǎn)生生動和飽和的光色，可用于許多電子設(shè)備的顯示屏。盡管膠體量子點作為激光器材料應(yīng)該很有前途，但目前它們還不實用，因為它們需要由另一種光源提供能量，即光泵浦，這對于半導(dǎo)體產(chǎn)品而言過于笨重。
在過去的幾年里，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，以使膠體量子點在激光器中更容易使用。這些方法在生產(chǎn)過程中需要使用苛刻的化學(xué)溶劑或無氧環(huán)境，因此僅限于實驗室規(guī)模的實驗。在《科學(xué)進展》期刊上發(fā)表的一項研究中，南洋理工大學(xué)助理教授Steve Cuong Dang和博士生Yu Junhong演示了電場如何幫助量子點發(fā)射激光，同時只使用傳統(tǒng)驅(qū)動激光器所需能量的一小部分。在實驗中，南大科學(xué)家們在兩個電極之間嵌入了膠體量子點，這提供了一個電場來控制和改變膠體量子點內(nèi)部的性質(zhì)。
通過控制這些特性，科學(xué)家們將激光器發(fā)射所需的能量閾值降低了約10％，使膠體量子點激光器的前景更接近現(xiàn)實。這種閾值降低是科學(xué)家第一次使用電場來降低它，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”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)，實驗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。
膠體量子點的好處
這一成就最終將使在消費電子和物聯(lián)網(wǎng)（IOTs）中使用的集成芯片系統(tǒng)上安裝激光成為可能。膠體量子點在簡單的液相化學(xué)合成中容易且經(jīng)濟地制備出來，并且在光學(xué)和電子性質(zhì)可以通過改變顆粒大小來改變和控制。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、強烈和相干的光抽運，而電抽運則是緩慢、微弱和不相干的。研究表明應(yīng)用電場膠體量子點降低了激光閾值，并可能導(dǎo)致可行的電注入膠體量子點激光。
激光研究的下一個重大挑戰(zhàn)是開發(fā)納米級激光器，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)代社會帶來重大影響，尤其是在數(shù)據(jù)和信息處理方面，這將推動第四次工業(yè)革命，實現(xiàn)這一目標(biāo)將是新加坡工業(yè)4.0轉(zhuǎn)型的重大進展。該團隊目前正進一步研究如何在芯片上制造微小的膠體量子點激光器，并與熱衷于將該技術(shù)開發(fā)成具有實際應(yīng)用的概念驗證設(shè)備的行業(yè)合作伙伴合作。
這個跨學(xué)科項目是由新加坡教育部、新加坡國家研究基金會（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。
在過去的幾年里，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，以使膠體量子點在激光器中更容易使用。這些方法在生產(chǎn)過程中需要使用苛刻的化學(xué)溶劑或無氧環(huán)境，因此僅限于實驗室規(guī)模的實驗。在《科學(xué)進展》期刊上發(fā)表的一項研究中，南洋理工大學(xué)助理教授Steve Cuong Dang和博士生Yu Junhong演示了電場如何幫助量子點發(fā)射激光，同時只使用傳統(tǒng)驅(qū)動激光器所需能量的一小部分。在實驗中，南大科學(xué)家們在兩個電極之間嵌入了膠體量子點，這提供了一個電場來控制和改變膠體量子點內(nèi)部的性質(zhì)。
通過控制這些特性，科學(xué)家們將激光器發(fā)射所需的能量閾值降低了約10％，使膠體量子點激光器的前景更接近現(xiàn)實。這種閾值降低是科學(xué)家第一次使用電場來降低它，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”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)，實驗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。
膠體量子點的好處
這一成就最終將使在消費電子和物聯(lián)網(wǎng)（IOTs）中使用的集成芯片系統(tǒng)上安裝激光成為可能。膠體量子點在簡單的液相化學(xué)合成中容易且經(jīng)濟地制備出來，并且在光學(xué)和電子性質(zhì)可以通過改變顆粒大小來改變和控制。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、強烈和相干的光抽運，而電抽運則是緩慢、微弱和不相干的。研究表明應(yīng)用電場膠體量子點降低了激光閾值，并可能導(dǎo)致可行的電注入膠體量子點激光。
激光研究的下一個重大挑戰(zhàn)是開發(fā)納米級激光器，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)代社會帶來重大影響，尤其是在數(shù)據(jù)和信息處理方面，這將推動第四次工業(yè)革命，實現(xiàn)這一目標(biāo)將是新加坡工業(yè)4.0轉(zhuǎn)型的重大進展。該團隊目前正進一步研究如何在芯片上制造微小的膠體量子點激光器，并與熱衷于將該技術(shù)開發(fā)成具有實際應(yīng)用的概念驗證設(shè)備的行業(yè)合作伙伴合作。
這個跨學(xué)科項目是由新加坡教育部、新加坡國家研究基金會（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。
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