新加坡南洋理工大学的科学家们，已经开发出一种利用电场使胶体量子点产生激光的方法。胶体量子点(CQDs)是一种半导体纳米粒子，它能有效地产生生动和饱和的光色，被用于许多电子设备的显示屏。尽管胶体量子点作为激光器材料应该很有前途，但它们还不实用，因为它们需要由另一种光源提供能量，一种被称为光泵浦的方法，然而，这使得它们对于半导体电子产品来说过于笨重，在过去的几年里，科学家们尝试了各种方法。
包括电化学方法或化学掺杂，以使胶体量子点在激光器中更容易使用。这些方法在生产过程中需要使用苛刻的化学溶剂或无氧环境，因此仅限于实验室规模的实验。在《科学进展》期刊上发表的一项研究中，南洋理工大学助理教授Steve Cuong Dang和博士生Yu Junhong演示了电场如何帮助量子点发射激光，同时只使用传统驱动激光器所需能量的一小部分。在实验中，南大科学家们在两个电极之间嵌入了胶体量子点，这提供了一个电场来控制和改变胶体量子点内部的性质。
通过控制这些特性，科学家们将激光器发射所需的能量阈值降低了约10%，使胶体量子点激光器的前景更接近现实。这种阈值降低是科学家第一次使用电场来降低它，而不是使用电化学方法。能够制造出低成本、小尺寸、颜色范围广泛的“电力驱动”激光器，是许多光学和光电子研究人员的圣杯。激光器是医疗、安全、消费电子等行业的支柱技术，是激光电视发展的基础，实验的成果使我们离开发单材料的全彩色激光器又近了一步。
胶体量子点的好处
这一成就最终将使在消费电子和物联网(IOTs)中使用的集成芯片系统上安装激光成为可能。胶体量子点在简单的液相化学合成中容易且经济地制备出来，并且在光学和电子性质可以通过改变颗粒大小来改变和控制。胶体纳米材料以其低成本、可调谐的发射色和高发射效率吸引着激光器制造商。然而，目前要使它们lase需要快速、强烈和相干的光抽运，而电抽运则是缓慢、微弱和不相干的。研究表明应用电场胶体量子点降低了激光阈值，并可能导致可行的电注入胶体量子点激光。
激光研究的下一个重大挑战是开发纳米级激光器，并将它们集成到芯片上的光子器件和超灵敏传感器中。这将给现代社会带来重大影响，尤其是在数据和信息处理方面，这将推动第四次工业革命，实现这一目标将是新加坡工业4.0转型的重大进展。该团队目前正进一步研究如何在芯片上制造微小的胶体量子点激光器，并与热衷于将该技术开发成具有实际应用的概念验证设备的行业合作伙伴合作。
博科园｜研究/来自：南洋理工大学
参考期刊《科学进展》
DOI: 10.1126/sciadv.aav3140
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