制造出明亮光源量子点，这是量子计算机和先进传感器的功能元件！

来自远东联邦大学的科学家和来我们自中国、中国香港和澳大利亚FEB RAS的同事一起，基于红外碲化汞(HgTe)量子点(QDs)制造了超微型的明亮光源，量子点是量子计算机和先进传感器的未来功能元件。

其研究成果发表在《光：科学与应用》期刊上，远东联邦大学的科学家与俄罗斯科学院远东分院的同事和外国专家一起，设计了一种印刷在薄金薄膜表面的共振晶格激光器。

这种激光器可以控制碲化汞(HgTe)量子点覆盖层的近红外和中红外辐射特性。近红外和中红外光谱范围在实现光通信设备、探测器和发射器以及传感器和下一代安全系统方面非常有希望。

现在发展起来的半导体量子点代表了正好在这个范围内发光很有前途的纳米材料。然而，主要问题与基本的物理限制(费米黄金法则、俄歇复合等)有关，大大降低了红外发射量子点的强度。

来自远东联邦大学（FEFU）和自动化与控制过程研究所(IACP FEB RAS)的科学家与外国同事一起，首次通过应用一种特殊的纳米结构共振晶格克服了这一限制。科学家们通过在金薄膜表面进行超精密的直接激光打印形成了晶格。

这项工作的作者亚历克桑德·库奇米兹表示：我们开发的等离子激元晶格，由排列在金膜表面的数百万个纳米结构组成，使用了先进的直接激光加工技术生产这样的晶格。

与现有基于光刻的商业方法相比，这种制造技术价格低廉，易于扩展，并允许在厘米级的面积上轻松制造纳米结构。这为应用所开发方法设计新的光通信设备、探测器和发射器开辟了前景，包括第一个基于红外发射的量子点(QD)微激光器。

共振晶格将泵浦辐射转化为一种被称为表面等离子体的特殊类型电磁波。这样的波，在量子点覆盖层内的图案化金膜表面传播，提供了它们有效的激发，提高了光致发光的产量。

在可见光谱范围内，量子点的合成已经有几十年的历史了。不过，世界上只有几个科学小组能够合成近红外和中红外波段的量子点。多亏了新开发的等离子激元晶格，它由等离子体纳米结构以特殊的方式排列，才能够控制这种独特量子点的主要发光特性，例如，通过反复增加强度和光致发光寿命，降低非辐射复合的效率，以及通过定制和改善发射光谱，量子点是一类很有前途的发光体。

量子点是通过一种简单而经济的化学方法合成，这种材料经久耐用，不像有机分子那样不会降解。化学合成的近红外到中红外胶体量子点(QDs)为实现包括发射器、探测器、安全和传感器系统在内的器件，提供了一个很有前途的平台。

然而，在较长波长下，这种量子点的量子产额，随着辐射发射率的下降而下降，并遵循费米黄金法则，而非辐射复合通道与光发射竞争。对红外发射量子点的辐射和非辐射通道控制对于提高红外射程器件的性能至关重要。

新研究通过无烧蚀直接飞秒激光打印在玻璃支撑的Au薄膜表面产生的耦合，到周期性排列等离子体纳米天线上的近红外到中红外HgTe量子点的自发辐射率得到了强烈增强。

增强是通过与阵列的一阶晶格共振光谱匹配的发射的同时辐射耦合，以及通过将泵浦辐射耦合到孤立纳米天线的局部表面等离子体共振，从而提供的更有效的光致发光激发来实现。其研究结果为设计各种应用的红外波段器件提供了重要支撑。

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博科园｜研究/来自：远东联邦大学

参考期刊《光：科学与应用》

DOI: 10.1038/s41377-020-0247-6

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