鉛鹵鈣鈦礦在太陽(yáng)能電池中的卓越性能歸功于其長(zhǎng)的載流子壽命和低非輻射復(fù)合率，這些性質(zhì)也是制備半導(dǎo)體激光器的理想特性。哥倫比亞大學(xué)的朱曉陽(yáng)（Xiaoyang Zhu）和威斯康星大學(xué)麥迪遜分校的金松（Song Jin）領(lǐng)導(dǎo)的聯(lián)合團(tuán)隊(duì)報(bào)道了一種由單晶鉛鹵鈣鈦礦納米線(xiàn)制備的室溫下波長(zhǎng)可調(diào)的激光器，這種激光器有很低的激光閾值和高的質(zhì)量系數(shù)?；跁r(shí)間分辨熒光測(cè)試的動(dòng)力學(xué)分析表明，這些單晶納米線(xiàn)中的載流子復(fù)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(diào)節(jié)的鉛鹵鈣鈦礦納米線(xiàn)是開(kāi)發(fā)納米光電子器件和光伏器件的理想材料。相關(guān)研究成果于4月13日在線(xiàn)刊登在《自然·材料》雜志上（Nat. Mater.， 2015， DOI：10.1038/nmat4271）。
金松教授說(shuō)道，“盡管大多數(shù)研究人員都在把有機(jī)無(wú)機(jī)雜化鈣鈦礦化合物做成薄膜來(lái)制備太陽(yáng)能電池，我們獨(dú)辟蹊徑，開(kāi)發(fā)出一種極簡(jiǎn)便的方法合成出了細(xì)長(zhǎng)的鈣鈦礦晶體。這些晶體可以發(fā)出極具應(yīng)用潛力的激光。”金松實(shí)驗(yàn)室制備出的細(xì)小長(zhǎng)方形晶體長(zhǎng)約10到100微米，400納米寬。由于它們的截面積是納米級(jí)的，所以這些晶體被叫做納米線(xiàn)。
金松是一位晶體生長(zhǎng)和納米材料合成的專(zhuān)家。他強(qiáng)調(diào)說(shuō)，這種新型制備技術(shù)繞過(guò)了產(chǎn)生傳統(tǒng)激光所需要的昂貴而復(fù)雜的設(shè)備。他解釋道，當(dāng)表面涂覆了一種反應(yīng)物的玻璃片浸入到另一液相反應(yīng)物后，納米線(xiàn)就會(huì)在接下來(lái)的20小時(shí)里生長(zhǎng)出來(lái)。納米線(xiàn)晶體生長(zhǎng)只要在實(shí)驗(yàn)臺(tái)的燒杯里即可，不需要加熱、真空和特殊設(shè)備。
剛制備、還未分類(lèi)的納米線(xiàn)晶體
“這些鈣鈦礦納米線(xiàn)單晶在室溫下由溶液中長(zhǎng)出，品質(zhì)高，缺陷少。具有激光所需要良好的平行反射面。”金補(bǔ)充道，“最重要的是，根據(jù)傳統(tǒng)測(cè)試激光品質(zhì)和效率的方法測(cè)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(xué)的朱曉陽(yáng)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行測(cè)試的時(shí)候，這些激光的效率幾乎達(dá)到100%。本質(zhì)上說(shuō)就是晶體每吸收一個(gè)光子就可以釋放出一個(gè)激光光子。朱說(shuō)道：“這些納米線(xiàn)激光器的優(yōu)勢(shì)在于它的發(fā)光效率比其它的至少要高出一個(gè)數(shù)量級(jí)。”
令人振奮的還有，這種簡(jiǎn)易方法制得的納米線(xiàn)激光器還可以發(fā)射一系列特定波長(zhǎng)的可見(jiàn)光。
納米線(xiàn)激光器具有提高設(shè)備效率和縮小設(shè)備尺寸的潛在作用，可以用于計(jì)算、通訊和傳感器等光電一體化設(shè)備。
金松表示，在這些納米線(xiàn)激光器實(shí)際應(yīng)用之前，它們的化學(xué)穩(wěn)定性還需要進(jìn)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(xiàng)聯(lián)合研究美國(guó)能源部基礎(chǔ)能源科學(xué)項(xiàng)目資助。金松實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)了鈣鈦礦納米線(xiàn)的制備和表征，朱曉陽(yáng)實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)了納米線(xiàn)的光學(xué)研究和激光性能的表征。
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