我國科研團(tuán)隊在硅基膠體量子點(diǎn)片上發(fā)光研究中獲進(jìn)展

PbS膠體量子點(diǎn)（CQDs）由于具有帶隙寬、可調(diào)諧及溶液可加工性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于氣體傳感、太陽能電池、紅外成像、光電探測及片上光源的集成光子器件中。然而，PbS CQDs普遍存在發(fā)射效率低和輻射方向性差的問題，因而科學(xué)家嘗試?yán)冒雽?dǎo)體等離子體納米晶或全介質(zhì)納米諧振腔來增強(qiáng)PbS CQDs的近紅外熒光發(fā)射，使其成為更高效、更快的量子發(fā)射器。然而，普遍存在光場限制能力弱、Q值低的問題。

近日，中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所研究員武愛民團(tuán)隊與浙江大學(xué)副教授金毅團(tuán)隊合作，將BIC引入到PbS CQDs發(fā)光應(yīng)用，提出了支持對稱保護(hù)BIC的硅超表面通過激發(fā)相鄰的高Q泄露導(dǎo)波模式來增強(qiáng)室溫下PbS CQDs的自發(fā)輻射的方案，實(shí)現(xiàn)了硅基量子點(diǎn)近紅外片上發(fā)光。

該超表面由亞波長尺寸的硅棒周期性排列而成（圖a），結(jié)構(gòu)具有各向異性且與偏振相關(guān)。它的反射率是入射光角度和波長的函數(shù)。當(dāng)TE偏振激發(fā)時，對稱保護(hù)型BIC會出現(xiàn)在布里淵區(qū)的Γ點(diǎn)處（圖b），對應(yīng)的電場分布如圖c所示。研究基于洛倫茲擬合方法分別從仿真和實(shí)驗(yàn)反射譜中提取出Q值曲線（圖d），兩者趨勢一致，且激發(fā)的高Q導(dǎo)波模式可以有效的增強(qiáng)量子點(diǎn)的發(fā)射。由圖1e的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，制備的超表面使包覆的PbS CQDs的熒光輻射顯著增強(qiáng)，且在波長1408 nm處的發(fā)射峰的Q值高達(dá)251。進(jìn)一步，科研人員利用實(shí)驗(yàn)簡單演示了該系統(tǒng)的傳感潛力。該工作將稀疏度為4/1000 μm²、直徑為60 nm的Au納米顆粒隨機(jī)分布在涂敷PbS CQDs的超表面頂部，通過與不含Au納米顆粒的樣品相比，PL峰從1408 nm紅移到1410 nm，且強(qiáng)度出現(xiàn)明顯的增強(qiáng)（圖f）。該研究為實(shí)現(xiàn)支持BIC的介電超表面可以有效地增強(qiáng)PbS CQDs的發(fā)射性能提供了設(shè)計指導(dǎo)與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，并為PbS CQDs在硅基片上光源和集成傳感器等各種實(shí)際應(yīng)用提供了新思路。