半導體材料價格昂貴？廉價替代品納米硅顆粒橫空來襲

對硅納米顆粒施以足夠強的輻射，使其受激發光，從而取代價格昂貴的半導體材料在電子界面中得到應用——這是日前羅蒙諾索夫莫斯科國立大學的物理學家們剛取得的科學成就。據莫斯科國立大學量子電子系研究員、該研究組成員之一Maxim Shcherbakov所說，這一方法的成功研制極大地促進了納米顆粒光致發光領域的發展。

這一問題的關鍵就在于光致發光的過程研究：當材料受可見光或超聲輻射，它就會因受激而自身發光，只是光的波段有所不同。該研究中材料受激發射紅光。

半導體納米顆粒，或是所謂的量子點，已經被應用到當今很多顯示器中。電子在量子點中表現出與在塊狀半導體材料中截然不同的性質，這就是量子點眾所周知的發光特性。如今，運用了如CdSe等不同量子點半導體的顯示器開始走進人們的生活。這些材料昂貴且有毒性，因此研究人員也在長期研究更加便宜、原理研究得更透徹的硅材料。這些材料符合各方面應用的需要——除了光電子領域，原因在于硅納米顆粒受激發光較模糊。

自從1990年起，全世界的科學家們都在為解決這一問題孜孜不倦地努力，但直到現在，人們在這一方向上也是進展寥寥。關于“馴服”硅材料的突破性觀點最早由瑞典皇家工學院的Kista提出。博士后研究員Sergey Dyakov（本科畢業于莫斯科國立大學，該文第一作者）提議說應將硅納米顆粒陣列置于非均勻介質基底上，并用金納米帶覆于其上。

“正如前人的實驗所得到的結果，不均勻的環境增強了量子限域效應，從而加強了硅材料的場致發光作用，”Maxim Shcherbakov說。“然而，這種材料與納米晶體進行光相互作用的效率還有欠缺。我們希望通過等離子體（即金屬波動的電子氣中釋放的準粒子）的加入來提高該效率。金納米帶可以在納米尺度上捕捉光線，從而形成了等離子晶格，也就提高了材料與附近納米顆粒的相互作用的效率，促進了場致發光特性。”

莫斯科國立大學對瑞典制備的鍍金基底上的硅納米顆粒進行實驗，從而證實了一項理論預測——紫外線輻射硅材料受激發出可見光，其亮度足以讓其應用到實際中去。

該論文的第一作者Sergey Dyakov透露他們將在第10期的國際微波和光學先進電磁材料會議（九月17-22號，克里特島）上公布這一發現。這一工作也同樣發表在Physical Review B上（“周期性排列的金納米線覆蓋的硅納米晶體的光學性質”）。

原文鏈接：http://scienmag.com/silicon-nanoparticles-instead-of-expensive-semiconductors/

文獻鏈接：Optical properties of silicon nanocrystals covered by periodic array of gold nanowires

本文由編輯部丁菲菲提供素材，張文揚編譯，點我加入材料人編輯部。