Klimov團隊Nat. Commun.:高泵浦電流密度驅動的量子點超亮穩定電致發光

【導讀】

半導體膠體量子點因其優異的光學性能和可溶液處理性，是微納激光器增益介質的強有力候選者。量子點中顯著的俄歇效應大幅縮短了增益壽命，因此要實現基于量子點的激光發射，往往需要大的泵浦電流密度。如何解決伴隨泵浦電流密度上升而出現的器件熱失效；實現大泵浦電流密度下高效、穩定的電致發光，是最終獲得連續電泵浦量子點激光器的關鍵。

【成果掠影】

近日，美國洛斯阿拉莫斯國家實驗室的Klimov團隊發表了新的研究論文，為實現量子點在超高泵浦電流密度下的超亮電致發光提供了新的策略。該策略首先通過合成具有小界面組分梯度的CdSe/Cd_xZn_1-xSe/ZnSe_0.5S_0.5核殼量子點（cg-QD），構建緩變的束縛勢場，從而有效地抑制了俄歇復合。進一步地，通過對泵浦電流的聚焦和采用脈沖泵浦模式，在大幅提升泵浦電流密度的同時避免了器件的熱失效。最終實現了在1000 A/cm²的泵浦電流密度下穩定的超亮電致發光（10⁷ cd/m²）。特別的，在該研究所用的泵浦電流密度下，在cg-QD中可以實現對激子1s和1p能級的粒子數反轉，為實現電泵浦激光器提供了重要基礎。

相關研究文章“Two-band optical gain and ultrabright electroluminescence from colloidal quantum dots at 1000 A cm^?2”為題發表在Nature Communications 上。

【核心創新點】

通過對泵浦電流的聚焦和采用脈沖泵浦首次實現了在超高泵浦電流密度下（1000 A/cm²）的超亮電致發光（10⁷ cd/m²）。

【數據概覽】

圖1. 采用電流聚焦-脈沖泵浦，可在界面組分漸變的核殼量子點（cg-QD）中實現高泵浦電流密度驅動下的超亮電致發光?2022 the authors

圖2. 電流聚焦和泵浦模式（直流和脈沖）對電致發光的影響?2022 the authors

圖3. 從電致發光光譜分析單個量子點的平均激子數?2022 the authors

【成果啟示】

綜上所述，為緩解大泵浦電流密度下電致發光器件的熱失效，作者提出了一種將量子點結構調控和泵浦模式優化相結合的嶄新策略，實現了高泵浦電流密度下高效、穩定的電致發光。將該研究所獲得電致發光器件與光學諧振腔集成，有望實現基于半導體膠體量子點的激光二極管。

文章鏈接：Two-band optical gain and ultrabright electroluminescence from colloidal quantum

dots at 1000 A cm^?2, nature communications, 2022, 13

DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-022-31189-4

本文由NSCD供稿。