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近日，中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所強(qiáng)場激光物理國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室與重慶大學(xué)合作，在實(shí)現(xiàn)鈣鈦礦量子點(diǎn)穩(wěn)定發(fā)光的合成控制及微納激光性能提升領(lǐng)域取得新進(jìn)展。相關(guān)研究成果以封面文章發(fā)表于Advanced Science（2019, DOI: 10.1002/advs.201900412）。

鈣鈦礦量子點(diǎn)具有優(yōu)異的光學(xué)性能，如窄帶發(fā)光、單色性好、熒光量子產(chǎn)率高等特點(diǎn)，在多個(gè)領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用潛力。然而，鹵化物鈣鈦礦量子點(diǎn)對極性溶劑和高溫比較敏感，限制了其進(jìn)一步應(yīng)用。此外，單個(gè)鹵化物鈣鈦礦量子點(diǎn)存在熒光閃爍性，阻礙了其在量子點(diǎn)發(fā)光二極管、納米激光、固態(tài)照明等領(lǐng)域的應(yīng)用。

該研究中，首次將CdS納米材料對單顆粒的CsPbBr3量子點(diǎn)進(jìn)行包覆，有效提高了其在高濕度、高溫度下的穩(wěn)定性。通過熒光顯微鏡技術(shù)對包覆前后的量子點(diǎn)進(jìn)行閃爍性測試，結(jié)果表明包覆后的CsPbBr3/CdS量子點(diǎn)呈現(xiàn)出明顯的非閃爍性特征。研究表明由于CdS殼成功包覆之后，將CsPbBr3量子點(diǎn)中的載流子限制在其表面，從而有效抑制了非輻射俄歇復(fù)合，保證了載流子在量子點(diǎn)內(nèi)部的輻射復(fù)合發(fā)光，抑制閃爍性。此外，研究小組利用顯微光學(xué)系統(tǒng)分別對CsPbBr3量子點(diǎn)及CsPbBr3/CdS量子點(diǎn)的自發(fā)放大發(fā)射及激光性能進(jìn)行研究。在自發(fā)放大發(fā)射（ASE）的測試中，包覆后的鈣鈦礦量子點(diǎn)展示了更優(yōu)異的性能，其ASE閾值下降了14%。為進(jìn)一步探索CsPbBr3/CdS量子點(diǎn)的激光性能，將CsPbBr3/CdS量子點(diǎn)作為增益介質(zhì)，填充入微毛細(xì)管中，在雙光子泵浦源的激發(fā)下，成功檢測到穩(wěn)定的回音壁模式（WGM）激光，并且該激光呈現(xiàn)低閾值、高品質(zhì)的特點(diǎn)，在納米激光領(lǐng)域有巨大的應(yīng)用潛力。

該項(xiàng)研究得到中科院B類先導(dǎo)專項(xiàng)、國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃-政府間國際科技創(chuàng)新合作重點(diǎn)專項(xiàng)、中科院“百人計(jì)劃”、國家自然科學(xué)基金等的支持。

圖1 該研究作為Advanced Science 2019第6卷第8期封面文章發(fā)表。

圖2 （a）純CsPbBr3量子點(diǎn)的熒光強(qiáng)度波動(dòng)軌跡圖和熒光強(qiáng)度統(tǒng)計(jì)圖；（b）CsPbBr3/CdS量子點(diǎn)的熒光軌跡圖；（c）反熒光漂白曲線；（d和e）純CsPbBr3量子點(diǎn)和CsPbBr3/CdS量子點(diǎn)在不同時(shí)刻的視頻截圖。

圖

3

（

A

）

CsPbBr3/CdS

量子點(diǎn)

WGM

微納激光發(fā)射光譜；（

B

）發(fā)射強(qiáng)度與激發(fā)強(qiáng)度的依賴關(guān)系，品質(zhì)因子為

1217

。