利用超辐射实现更高亮度的量子点

　　苏黎世联邦理工学院的研究团队经由过程正在量子点名义涂上磷脂，使光子发生越发波动，并哄骗超辐射效应胜利增长了每一秒发生的光子数，显著普及了由卤化铅钙钛矿制成的量子点的亮度。该研究有助于超表态干量子光源的成长，并无望使用于量子成像等范畴。两项结果划分正在2023年12月18日与2024年1月31日颁发于《天然》杂志^[1][2]。

　　© Nature研究论文^[1]以《软金属卤化物纳米晶体磷脂盖配体的设计(Designer Phospholipid Capping Ligands for Soft Metal Halide Nanocrystals)》为题颁发于《天然》杂志。

　　© Nature 研究论文^[2]以《单个卤化铯铅量子点的单光子超辐射(Single-photon superradiance in individual caesium lead halide quantum dots)》为题颁发于《天然》杂志。

　　量子点是一种人造原子：它们惟独几纳米巨细，由半导体资料制成，且可以收回特定颜色的光，以至是单光子，这对量子技能很是重要。亮度是量子点的一项重要指标，与量子点每一秒发射的光子数相干。量子点正在被引发后，会辐射出特定频次的光子。这招致了一个激子的造成，其由自由挪动的电子与资料能带布局中的空穴构成，而空穴就是一个缺掉的电子。被引发的电子可以回降到较低的能态，从而与空穴从头联合。要是正在这个历程中开释的能量被转换成光子，量子点就会发光。然而，这一历程其实不老是奏效。位于钙钛矿纳米晶体名义的边沿原子短少近邻原子，这会侵扰纳米晶体外部正负载流子之间的均衡，并可能招致电子空穴复合历程中开释的能量转换为晶格振动，而没有因此光的情势发射。是以，量子点会“闪耀”，而非持续发光。

　　为了避免这类环境产生，研究团队开发了一种名为磷脂的特制份子，并对该种份子举行了优化，使份子的极性局部抓正在钙钛矿量子点的名义，从而保障边沿原子有一个带电的火伴。磷脂正在晶体内部凸起的非极性局部也使患上量子点正在非水溶液（若有机溶剂）中造成疏散体成为可能。今朝团队已演示了对卤化铅钙钛矿制成的量子点的名义处置惩罚要领，且该要领很容易使用于其余金属卤化量子点。

　　采纳这类名义处置惩罚要领可以或许削减量子点的闪耀，使其正在95%的电子空穴复合事务中发射光子。为了使量子点的亮度更高，研究团队必需普及复合自身的速率。当偶极（正负电荷的绝对位移）与真空电磁场彼此作历时，激子就会衰变，偶极越年夜，衰变越快。构建更年夜偶极的一种可能性是将几个较小的偶极相关地耦合正在一路。

　　研究团队经由过程试验证实，相关耦合也合用于钙钛矿量子点，其惟独一个激子偶极，但该偶极会经由过程量子效应散布到整个量子点中，从而发生几个本身的拷贝。量子点越年夜，可以或许复制的偶极就越多。这些拷贝可以带来一种被称为超辐射的效应，使激子重组的速率变快很多。是以，量子点也能够更快地接收新的激子，从而正在每一秒内发射更多的光子。需求注重的是，这类更亮的量子点会连续发射单光子（而非一次发射多个光子），这使患上它正在如量子通讯、量子成像等范畴有着潜正在的使用价值。

　　经由过程激子的量子力学膨胀，偶极可以制造出本人的几个拷贝。正在更年夜的量子点中，超辐射会招致激子更快地重组，从而更快地发射光子。(图片来历:Kovalenko Lab)

　　两篇论文的通信作者M. Kovalenko表现，革新后的钙钛矿量子点不只正在发光以及显示范畴有吸引力，并且对其余没有太显然的范畴也无意义。例如，它们可以用作无机化学中的光活化催化剂，研究团队在对这些使用举行研究。

　　论文链接:

　　[1] https://www.nature.com/articles/s41586-023-06932-6

　　[2] https://www.nature.com/articles/s41586-023-07001-8

　　报导链接：

https://ethz.ch/en/news-and-events/eth-news/news/2024/01/how-to-make-bright-quantum-dots-even-brighter.html