溶液加工的胶体量子点（QDs）因其优异的光学特性成为激光增益介质的研究热点。自首次观察到胶体CdSe量子点的受激自发辐射（ASE）以来，相关研究主要集中于高密度量子点薄膜。液体激光器在高功率激光、光流控和医学领域具有广泛应用潜力，但基于胶体量子点溶液的激光研究仍较少，这是因为量子点的激光活性状态通常为多激子，多激子受非辐射Auger复合限制，导致增益寿命短暂。为了实现液体激光，需要采用具有强Auger复合抑制的核壳异质结构量子点。目前的液体激光器多使用有机染料作为增益介质，但染料易受长寿命非辐射三重态积累及光稳定性较低等问题困扰。量子点，例如蓝色激光，作为替代增益介质，不仅能克服这些缺陷，还能覆盖传统染料难以实现的光谱区域。然而，现有蓝色量子点激光材料多含有毒的Cd或Pb，这限制了其在液体激光中的应用。因此迫切需要开发光学性能优异且毒性低的蓝光胶体量子点。
近日，大连化物吴凯丰研究员、杨阳副教授研究员团队在Nature Nanotechnology上发表了题为“Blue lasers using low-toxicity colloidal quantum dots”的论文，本文提出一种高品质的蓝光ZnSe–ZnS核壳量子点，该量子点具有紧凑的尺寸（直径约7.8 nm）和自然形成的渐变型壳层组分（ZnSe1-xSx），其平缓过渡的限域势阱有效减弱了非辐射俄歇复合效应，从而显著提升了双激子寿命和增益寿命。
图1、ZnSe–ZnS量子点的表征 © 2024 Springer Nature
图2、ZnSe–ZnS量子点的飞秒瞬态吸收和光学增益性能 © 2024 Springer Nature
图3、纳秒激发下来自Littrow腔的可调液体激光 © 2024 Springer Nature
图4、激光的方向性、相干性、偏振性和稳定性 © 2024 Springer Nature
该研究实现了低毒性ZnSe–ZnS核壳量子点的蓝色激光和受激自发辐射，为量子点激光在蓝光波段的突破提供了新途径。通过抑制俄歇复合并延长光增益寿命，这种量子点展示出高稳定性和优异性能，不仅填补了量子点激光的“蓝色缺口”，还为替代传统蓝色染料激光器提供了可行方案。研究成果在液态增益介质领域及其他无法通过传统染料或CdSe量子点实现的技术中具有广阔的应用前景，同时该体系在未来可进一步拓展至紫外波段，具有重要的科学和技术启示。
原文详情：
https://www.nature.com/articles/s41565-024-01812-0
本文有WYH供稿。
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