發(fā)布時間：2020年9月2日
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科技日報記者?董映璧
俄羅斯國立核研究大學(xué)研究人員首次提高了量子點的自發(fā)發(fā)射率，并使其光致發(fā)光強度提高近一個數(shù)量級。這一成果可用于解決創(chuàng)建量子計算機的關(guān)鍵問題，也可將生物醫(yī)學(xué)監(jiān)測技術(shù)提升到一個新的水平。相關(guān)研究發(fā)表在最近的《光學(xué)快報》上。
量子點是低維熒光納米結(jié)構(gòu)，在光與物質(zhì)相互作用領(lǐng)域有著極大應(yīng)用潛力。量子點能夠在非常廣的范圍內(nèi)吸收光，在長波的很窄區(qū)間發(fā)射光，即某一特定的顏色決定一個量子點的“發(fā)光”。這些特性使其非常適合生物體的超靈敏多色配準(zhǔn)，用于醫(yī)學(xué)診斷。
此外，從照明器材、太陽能電池到量子計算的量子位，都是量子點的應(yīng)用范疇。量子點在光穩(wěn)定性和亮度方面優(yōu)于傳統(tǒng)的熒光粉。量子點顯示器的亮度和對比度比其他顯示器要高得多，且能耗小。
俄羅斯國立核研究大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程物理研究所納米生物工程實驗室研究人員，首次在基于多孔硅的光子結(jié)構(gòu)中提升了半導(dǎo)體量子點的光致發(fā)光強度和自發(fā)發(fā)射率。這一成果代表了一種通過改變多孔基質(zhì)中磷光體的局部電磁環(huán)境，來控制自發(fā)光的新方法，為生物傳感、光電子學(xué)、密碼學(xué)和量子計算的應(yīng)用開拓了新的前景。
首先，該成果可以作為開發(fā)緊湊型熒光生物傳感器的良好基礎(chǔ)，通過使用光子晶體增強熒光量子點，可顯著提高化驗分析的靈敏度，進行疾病的早期診斷和治療。另外，該成果可作為光學(xué)計算機或密碼系統(tǒng)的新元件，以代替大規(guī)模的單光子或光學(xué)邏輯元件。在這一領(lǐng)域中，除了緊湊和簡單之外，使用該成果還可以解決該行業(yè)的關(guān)鍵問題——“按需”獲得單光子或量子糾纏。
研究人員帕維爾·薩莫赫瓦洛夫表示，取得該項科研成果的主要原因是使用了光子晶體深度氧化技術(shù)，該技術(shù)可抑制熒光猝滅，減少吸收損失。要增強此類結(jié)構(gòu)的發(fā)光性，有多種方法，其中尤其令人感興趣的是使用光子晶體。光子晶體的折射率呈周期性變化，可使光子態(tài)密度局部增強，從而能夠觀察到發(fā)光材料自發(fā)輻射的強度和速度的提升效果。他稱，多孔硅被廣泛用于光子晶體的制造，可以精確控制折射率，易于制造和吸收，因此與其他材料相比具有優(yōu)勢。
總編輯圈點：
量子點是一種特殊的半導(dǎo)體納米材料，是納米尺度上原子和分子的集合體。它利用的是半導(dǎo)體能級在尺度極小之后的量子化現(xiàn)象。控制了量子點的大小，就能改變它的能量結(jié)構(gòu)。在光穩(wěn)定性和亮度方面，量子點的表現(xiàn)優(yōu)于傳統(tǒng)發(fā)光材料。這次俄羅斯科學(xué)家的主要成果，是提高了量子點的發(fā)光強度。發(fā)光強度提高后，在作為光學(xué)器件時，它的性能表現(xiàn)會更加優(yōu)越。能有這樣的成效，也是因為科研人員使用了光子晶體深度氧化技術(shù)，減少了吸收損失。