Professor Hao-Wu Lin vid institutionen för materialvetenskap och teknik vid National Tsing Hua University i Taiwan har spelat en nyckelroll i utvecklingen av världens ljusaste kvantemitter vid rumstemperatur. Kredit:National Tsing Hua University
Perovskite kvantprickar är de stigande stjärnorna av kvantemitters, men deras inneboende instabilitet har hämmat deras utveckling. Professor Hao-Wu Lin vid institutionen för materialvetenskap och teknik, Docent Chih-Sung Chuu vid institutionen för fysik, och professor Richard Schaller vid Institutionen för kemi vid Northwestern University i USA har tillsammans utvecklat en perovskitkvantemitter med hög stabilitet och självläkande förmåga av en egenutvecklad, enkel, och ekonomisk procedur—spray-syntesmetod. Den oöverträffade enfotonljusstyrkan hos dessa kvantprickar slår världsrekordet, vilket gör att de blir de ljusaste kvantemittermaterialen vid rumstemperatur och utgör ett stort genombrott inom både kvantkommunikation och kvantberäkning.
Lin sa att i motsats till andra kvantutsändare, perovskitkvantprickar kan realisera singelfotonemission vid rumstemperatur och har utmärkta optiska egenskaper, som högt kvantutbyte och hög färgrenhet, vilket gör dem idealiska för skärmar och höghastighetsdatorer och kommunikationer. På senare år har perovskitkvantprickar har väckt stor uppmärksamhet bland det internationella materialsamfundet. Dock, deras utveckling har hämmats av deras korta livslängd, som bara kan överleva under excitation i några minuter.
Den traditionella metoden för att förbereda perovskite kvantprickar är att direkt injicera och blanda två olika lösningar. Däremot Lins forskargrupp har utvecklat en spraysyntesmetod som kraftigt ökar kontaktytan för två olika lösningar, vilket gör det möjligt att odla ett enhetligt skyddande organiskt lager på ytan av kvantprickarna. Följaktligen, perovskitkvantprickarna behåller sin ljusstyrka även efter 24 timmars intensiv kontinuerlig excitation, vilket indikerar att de övervinner den dåliga stabiliteten hos perovskitkvantprickar.
Professor Hao-Wu Lin vid institutionen för materialvetenskap och teknik vid National Tsing Hua University i Taiwan har utvecklat en spraysyntesmetod för att förbereda perovskitkvantprickar med ett enhetligt skyddande organiskt lager. Kredit:National Tsing Hua University
Förvånande, de perovskitkvantprickar som framställts på detta sätt har också en unik självläkande förmåga. Även om kvantprickarna skadas och förstörs av extremt högintensiv excitation, de hämtar sin ursprungliga ljusstyrka efter att ha "vilat" i bara några minuter. Teamets forskning har publicerats i ACS Nano , och har även blivit vald som omslag till det kommande numret.
Lin jämför forskare med kockar, och korrelerar att förbereda kvantprickar med att göra dumplings. Vissa har provat att använda olika material, andra har provat att använda tjockare omslag, och ytterligare andra har försökt att dubbla omslagen, men han antog ett annat tillvägagångssätt:han fortsatte helt enkelt att förfina metoden som användes för att slå in dumplings.
Tidskriftsuppsatsens första författare är NTHU-doktoranden Bo-Wei Hsu. Påminner om ögonblicket när han första gången bevittnade kvantprickarnas självläkande förmåga, han sa, "Efter en period av stark excitation, kvantprickarna bleknade gradvis, men efter en kort stund de återställde sin ursprungliga ljusstyrka, och jag kunde knappt tro mina ögon!" Hsu gjorde experimenten upprepade gånger och bekräftade så småningom att kvantprickarna verkligen besitter denna självläkande förmåga.
Lin påpekade att en perovskitkvantemitter framställd med denna spraysyntesmetod endast kräver cirka 1 % av den excitationsintensitet som behövs för andra kvantemitter, och dess enfotonljusstyrka är så hög som 9 miljoner fotoner per sekund, vilket är nytt världsrekord. Dessutom, dess enfotonrenhet är ganska hög som 98%.
