鉛鹵鈣鈦礦在太陽能電池中的卓越性能歸功于其長的載流子壽命和低非輻射復合率，這些性質也是制備半導體激光器的理想特性。哥倫比亞大學的朱曉陽（Xiaoyang Zhu）和威斯康星大學麥迪遜分校的金松（Song Jin）領導的聯(lián)合團隊報道了一種由單晶鉛鹵鈣鈦礦納米線制備的室溫下波長可調的激光器，這種激光器有很低的激光閾值和高的質量系數(shù)。基于時間分辨熒光測試的動力學分析表明，這些單晶納米線中的載流子復合率很低，因此激光量子效率接近100%。這種高效、可溶液加工、發(fā)光顏色可調節(jié)的鉛鹵鈣鈦礦納米線是開發(fā)納米光電子器件和光伏器件的理想材料。相關研究成果于4月13日在線刊登在《自然·材料》雜志上（Nat. Mater.， 2015， DOI：10.1038/nmat4271）。
金松教授說道，“盡管大多數(shù)研究人員都在把有機無機雜化鈣鈦礦化合物做成薄膜來制備太陽能電池，我們獨辟蹊徑，開發(fā)出一種極簡便的方法合成出了細長的鈣鈦礦晶體。這些晶體可以發(fā)出極具應用潛力的激光。”金松實驗室制備出的細小長方形晶體長約10到100微米，400納米寬。由于它們的截面積是納米級的，所以這些晶體被叫做納米線。
金松是一位晶體生長和納米材料合成的專家。他強調說，這種新型制備技術繞過了產(chǎn)生傳統(tǒng)激光所需要的昂貴而復雜的設備。他解釋道，當表面涂覆了一種反應物的玻璃片浸入到另一液相反應物后，納米線就會在接下來的20小時里生長出來。納米線晶體生長只要在實驗臺的燒杯里即可，不需要加熱、真空和特殊設備。
剛制備、還未分類的納米線晶體
“這些鈣鈦礦納米線單晶在室溫下由溶液中長出，品質高，缺陷少。具有激光所需要良好的平行反射面。”金補充道，“最重要的是，根據(jù)傳統(tǒng)測試激光品質和效率的方法測試表明，這些激光的性能很突出”。
在金松的合作者、哥倫比亞大學的朱曉陽實驗室進行測試的時候，這些激光的效率幾乎達到100%。本質上說就是晶體每吸收一個光子就可以釋放出一個激光光子。朱說道：“這些納米線激光器的優(yōu)勢在于它的發(fā)光效率比其它的至少要高出一個數(shù)量級。”
令人振奮的還有，這種簡易方法制得的納米線激光器還可以發(fā)射一系列特定波長的可見光。
納米線激光器具有提高設備效率和縮小設備尺寸的潛在作用，可以用于計算、通訊和傳感器等光電一體化設備。
金松表示，在這些納米線激光器實際應用之前，它們的化學穩(wěn)定性還需要進一步提高。同樣重要的還有，要找到一種電致發(fā)光而不是光致發(fā)光的方法。
該項聯(lián)合研究美國能源部基礎能源科學項目資助。金松實驗室負責了鈣鈦礦納米線的制備和表征，朱曉陽實驗室負責了納米線的光學研究和激光性能的表征。
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