Onderzoeksteam ontwikkelt zelfherstellende kwantumzender met een ongekende helderheid

Kwantumstippen van perovskiet zijn de rijzende sterren van kwantumstralers, maar hun inherente instabiliteit heeft hun ontwikkeling belemmerd. Professor Hao-Wu Lin van het Department of Materials Science and Engineering, Associate Professor Chih-Sung Chuu van het Department of Physics en professor Richard Schaller van het Department of Chemistry aan de Northwestern University in de Verenigde Staten hebben samen een perovskiet-kwantumzender ontwikkeld met hoge stabiliteit en zelfherstellend vermogen door een zelfontwikkelde, eenvoudige en economische procedure – sproeisynthesemethode. De ongekende helderheid van één foton van deze kwantumdots breekt het wereldrecord, waardoor ze de helderste kwantum-emittermaterialen bij kamertemperatuur worden en een belangrijke doorbraak vormen in zowel kwantumcommunicatie als kwantumcomputers.

Lin zei dat in tegenstelling tot andere quantum-emitters, perovskiet-quantumdots enkele fotonemissie kunnen realiseren bij kamertemperatuur en uitstekende optische eigenschappen hebben, zoals een hoge kwantumopbrengst en een hoge kleurzuiverheid, waardoor ze ideaal zijn voor displays en high-speed computing en communicatie. In de afgelopen jaren hebben perovskiet-kwantumstippen veel aandacht getrokken bij de internationale materiaalgemeenschap. Hun ontwikkeling werd echter belemmerd door hun korte levensduur, die onder excitatie slechts enkele minuten kan overleven.

De traditionele methode om perovskiet-kwantumdots te bereiden, is door twee verschillende oplossingen rechtstreeks te injecteren en te mengen. Het onderzoeksteam van Lin heeft daarentegen een sproeisynthesemethode ontwikkeld die het contactoppervlak van twee verschillende oplossingen aanzienlijk vergroot, waardoor het mogelijk wordt om een ​​uniforme beschermende organische laag op het oppervlak van de kwantumdots te laten groeien. Dientengevolge behouden de perovskiet-kwantumstippen hun helderheid zelfs na 24 uur intensieve continue excitatie, wat aangeeft dat ze de slechte stabiliteit van perovskiet-kwantumstippen overwinnen.

Verrassend genoeg hebben de op deze manier bereide perovskiet-kwantumstippen ook een uniek zelfherstellend vermogen. Hoewel de kwantumstippen beschadigd en vervallen zijn door excitatie met extreem hoge intensiteit, krijgen ze hun oorspronkelijke helderheid terug na slechts een paar minuten “rusten”. Het onderzoek van het team is gepubliceerd in ACS Nano, en is ook gekozen als de cover van het komende nummer.

Lin vergelijkt onderzoekers met chef-koks en correleert het maken van kwantumstippen met het maken van dumplings. Sommigen hebben geprobeerd verschillende materialen te gebruiken, anderen hebben geprobeerd dikkere wikkels te gebruiken en weer anderen hebben geprobeerd de wikkels te verdubbelen, maar hij koos voor een andere aanpak: hij bleef gewoon de methode verfijnen die werd gebruikt voor het inpakken van de dumplings.

De eerste auteur van het tijdschriftartikel is NTHU-promovendus Bo-Wei Hsu. Terugdenkend aan het moment waarop hij voor het eerst getuige was van het zelfherstellende vermogen van kwantumstippen, zei hij: ‘Na een periode van sterke opwinding werden de kwantumstippen geleidelijk gedimd, maar na een korte tijd kregen ze hun oorspronkelijke helderheid terug, en ik kon nauwelijks geloven mijn ogen!” Hsu deed de experimenten herhaaldelijk en bevestigde uiteindelijk dat de kwantumstippen inderdaad dit zelfgenezend vermogen bezitten.

Lin wees erop dat een perovskiet-kwantumemitter die is bereid met deze sproeisynthesemethode slechts ongeveer 1% van de excitatie-intensiteit vereist die nodig is voor andere kwantum-emitters, en dat de helderheid van één foton zo hoog is als 9 miljoen fotonen per seconde, wat een nieuwe wereld is. Vermelding. Bovendien is de zuiverheid van één foton vrij hoog, namelijk 98%.