俄罗斯科学家发现使量子点的发光强度倍增的方法

2020-11-24 10:45:49来源：科技日报

俄罗斯国立核研究大学的科学家们在国际科学团队的支持下发现了使量子点的发光强度倍增的方法。研究人员认为，该发现将大大提高将量子点用于显示器及光学量子信息技术领域的吸引力。这一发现近日发表在《物理化学快报》上。

光致发光量子点目前被广泛应用于LED和显示器制造领域，而且也是量子信息技术领域量子发射器的基础。上述研究工作的主要作者、国立核研究大学研究员维克多·克里文科夫表示，这种效应是在研究薄膜混合材料中等离子体-激子耦合时发现的。

先前已知的增强量子点发光强度的方法——珀塞尔效应和等离子体-激元诱导的吸收增强效应在实践中具有明显的局限性。

珀塞尔效应在于加速微纳谐振器(包括等离子体激元谐振器)内部量子点的辐射弛豫过程，从而导致辐射概率增加，并相应增加光致发光的量子产率(将激发量子转换为辐射光子的效率)。然而，量子产率不能超过100%，因此不可能利用该效应提高最初高量子产率的量子点的发光强度。

等离子体-激元诱导的吸收增强效应与表面等离子体激元纳米附近的局域电磁场增强有关，与等离子体激元不存在或不被激发的情况相比，在间隔紧密的量子点中吸收跃迁的概率更高。因此，每单位时间会发生更多数量的量子点激发。但是，该效应伴随着等离子体激元诱导的能量转移，从而导致量子产率大幅降低，因此无法通过增强吸收来提高量子点的发光强度。

为了克服这些限制，俄罗斯国立核研究大学纳米生物工程实验室和混合光子纳米材料实验室的员工创造了一种薄膜混合材料，该材料由聚合物基体上的一层量子点组成，该基体上覆盖了一层等离子银纳米颗粒。选择等离子体纳米颗粒的形状和类型，可为同时实现珀塞尔效应和等离子体诱导的吸收增强效应创造条件。

维克多·克里文科夫称：“事实证明，两种效应的组合克服了每种效应的局限性。吸收增强，而量子产率没有下降。此外，两种效应的协同作用使量子点的发光强度增加，既包括最初具有高量子产率的量子点(亮的，辐射的量子点)，也包括最初不辐射的量子点。”

据悉，法国香槟-阿登区兰斯大学以及西班牙材料物理中心和西班牙巴斯克地区大学的研究人员与俄罗斯国立核研究大学的科学家们一起参与了该项研究工作。今后，该团队计划在基于半导体和金属纳米粒子的新型混合等离子体-激子量子发射器的制造领域继续研究。这些研究将为发展的量子信息科技领域创建更为高效和稳定的新型量子发射器。

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