芝加哥大学的科学家已经展示了一种使用胶体量子点产生红外光的方法。研究人员表示，这种方法显示出巨大的前景;这些点已经与现有的传统方法一样有效，尽管实验仍处于早期阶段。
有朝一日，这些点可能会成为红外激光器以及小型且具有成本效益的传感器的基础，例如用于废气排放测试或呼气测试仪的传感器。
“现在这些点的性能接近现有的商业红外光源，我们有理由相信我们可以显着改善这一点，”芝加哥大学物理和化学教授，詹姆斯弗兰克研究所成员Philippe Guyot-Sionnest说，他是Nature Photonics发表的论文的三位作者之一。“我们对各种可能性感到非常兴奋。
正确的波长
胶体量子点是微小的晶体——你可以把十亿个晶体放在这句话末尾的句点中——它会发出不同颜色的光，这取决于你制造它们的大小。它们非常高效且易于制造，并且已经在商业技术中使用;您可能已经在不知情的情况下购买了量子点电视。
然而，这些量子点被用来制造可见光波长的光 – 人类可以看到的光谱的一部分。如果你想要红外波长的量子点光，你基本上是不走运的。
但是红外光有很多用途。特别是，它对于制造传感器非常有用。例如，如果您想知道汽车尾气中是否冒出有害气体，或者测试您的呼吸是否高于法定酒精限制，或者确保甲烷气体不会从钻井厂中排出，请使用红外光。这是因为不同类型的分子各自会吸收非常特定波长的红外光，因此它们很容易区分。
“因此，一种具有成本效益且易于使用的方法来制造量子点红外光可能非常有用，”研究生，新研究的第一作者Xingyu Shen解释说。
红外激光器现在通过一种称为分子外延的方法制成，这种方法效果很好，但需要劳动和成本密集型。科学家们认为可能还有另一种方法。
Guyot-Sionnest和他的团队多年来一直在试验量子点和红外技术。在他们以前的发明的基础上，他们开始尝试重新创造一种广泛用于制造激光的“级联”技术，但从未用胶体量子点实现过。
在这种“级联”技术中，研究人员在设备上运行电流，使数百万个电子穿过它。如果设备的架构恰到好处，电子将穿过一系列不同的能级，就像从一系列瀑布上掉下来一样。每次电子下降一个能级时，它就有机会以光的形式发射一些能量。
研究人员想知道他们是否可以使用量子点产生相同的效果。他们创造了由数万亿个微小纳米晶体组成的黑色“墨水”，将其散布在表面上并发送电流。
“我们认为它可能会起作用，但我们对它的效果感到非常惊讶，”Guyot-Sionnest说。“马上，从我们第一次尝试开始，我们就看到了曙光。
事实上，他们发现该方法已经与其他产生红外光的传统方法一样有效，即使在探索性实验中也是如此。科学家们说，通过进一步的修补，这种方法很容易超越现有的方法。
潜在应用
他们希望这一发现可以带来更便宜的红外光和激光，从而开辟新的应用。
“我认为这是量子点潜在应用的最佳例子之一，”Guyot-Sionnest说。“许多其他应用可以用其他材料实现，但这种架构实际上只因为量子力学而起作用。我认为它以一种非常有趣的方式推动了这个领域向前发展。
该论文的另一位作者是研究生Ananth Kamath。
研究人员使用芝加哥大学材料研究科学与工程中心和普利兹克纳米制造设施进行研究。
引自：“中红外级联带内电致发光与HgSe-CdSe核壳胶体量子点。Shen， Kamath， and Guyot-Sionnest， Nature Photonics， Aug. 10， 2023.
资助：美国国家科学基金会，美国能源部科学办公室。
新闻旨在传播有益信息，英文版原文来自https://news.uchicago.edu/story/scientists-demonstrate-new-improved-way-make-infrared-light-quantum-dots