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(chǎng)使膠體量子點(diǎn)產(chǎn)生激光的方法。膠體量子點(diǎn)（CQDs）是一種半導(dǎo)體納米粒子，它能有效地產(chǎn)生生動(dòng)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(diǎn)作為激光器材料應(yīng)該很有前途，但目前它們還不實(shí)用，因?yàn)樗鼈冃枰闪硪环N光源提供能量，即光泵浦，這對(duì)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(diǎn)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(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。
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(diǎn)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(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。
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