俄羅斯國立核研究大學(xué)的科學(xué)家們在國際科學(xué)團隊的支持下發(fā)現(xiàn)了使量子點的發(fā)光強度倍增的方法。研究人員認為，該發(fā)現(xiàn)將大大提高將量子點用于顯示器及光學(xué)量子信息技術(shù)領(lǐng)域的吸引力。這一發(fā)現(xiàn)近日發(fā)表在《物理化學(xué)快報》上。
光致發(fā)光量子點目前被廣泛應(yīng)用于LED和顯示器制造領(lǐng)域，而且也是量子信息技術(shù)領(lǐng)域量子發(fā)射器的基礎(chǔ)。上述研究工作的主要作者、國立核研究大學(xué)研究員維克多·克里文科夫表示，這種效應(yīng)是在研究薄膜混合材料中等離子體-激子耦合時發(fā)現(xiàn)的。
先前已知的增強量子點發(fā)光強度的方法——珀塞爾效應(yīng)和等離子體-激元誘導(dǎo)的吸收增強效應(yīng)在實踐中具有明顯的局限性。
珀塞爾效應(yīng)在于加速微納諧振器(包括等離子體激元諧振器)內(nèi)部量子點的輻射弛豫過程，從而導(dǎo)致輻射概率增加，并相應(yīng)增加光致發(fā)光的量子產(chǎn)率(將激發(fā)量子轉(zhuǎn)換為輻射光子的效率)。然而，量子產(chǎn)率不能超過100%，因此不可能利用該效應(yīng)提高最初高量子產(chǎn)率的量子點的發(fā)光強度。
等離子體-激元誘導(dǎo)的吸收增強效應(yīng)與表面等離子體激元納米附近的局域電磁場增強有關(guān)，與等離子體激元不存在或不被激發(fā)的情況相比，在間隔緊密的量子點中吸收躍遷的概率更高。因此，每單位時間會發(fā)生更多數(shù)量的量子點激發(fā)。但是，該效應(yīng)伴隨著等離子體激元誘導(dǎo)的能量轉(zhuǎn)移，從而導(dǎo)致量子產(chǎn)率大幅降低，因此無法通過增強吸收來提高量子點的發(fā)光強度。
為了克服這些限制，俄羅斯國立核研究大學(xué)納米生物工程實驗室和混合光子納米材料實驗室的員工創(chuàng)造了一種薄膜混合材料，該材料由聚合物基體上的一層量子點組成，該基體上覆蓋了一層等離子銀納米顆粒。選擇等離子體納米顆粒的形狀和類型，可為同時實現(xiàn)珀塞爾效應(yīng)和等離子體誘導(dǎo)的吸收增強效應(yīng)創(chuàng)造條件。
維克多·克里文科夫稱：“事實證明，兩種效應(yīng)的組合克服了每種效應(yīng)的局限性。吸收增強，而量子產(chǎn)率沒有下降。此外，兩種效應(yīng)的協(xié)同作用使量子點的發(fā)光強度增加，既包括最初具有高量子產(chǎn)率的量子點(亮的，輻射的量子點)，也包括最初不輻射的量子點?！?/span>
據(jù)悉，法國香檳-阿登區(qū)蘭斯大學(xué)以及西班牙材料物理中心和西班牙巴斯克地區(qū)大學(xué)的研究人員與俄羅斯國立核研究大學(xué)的科學(xué)家們一起參與了該項研究工作。今后，該團隊計劃在基于半導(dǎo)體和金屬納米粒子的新型混合等離子體-激子量子發(fā)射器的制造領(lǐng)域繼續(xù)研究。這些研究將為發(fā)展的量子信息科技領(lǐng)域創(chuàng)建更為高效和穩(wěn)定的新型量子發(fā)射器。
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