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張成雲博士等在Nature Communications上發表硅納米顆粒熒光的研究論文
2018-09-08 02:14 bbin宝盈  審覈人:

張成雲博士等在Nature Communications上發表硅納米顆粒熒光的研究論文

最近,我們醫院的超快光學(Feitseconds)實驗教師張成雲博士在國際知名期刊“自然通訊”上發表了題爲“用三聚體共振照射硅納米顆粒”的研究論文。研究成果爲張成雲博士在華南師範大學教授蘭生(通訊作者)博士期間,暨南大學副教授許毅(共同第一作者),劉進,李俊義中山大學和澳大利亞新南威爾士大學。 Andrey E. Miroshnichenko(合着者)和其他人合作,藍晟團隊的研究生李輝,項進和李金祥參加了這項研究。

硅是一種常用的半導體材料,廣泛用於電子元件,探測器,光波導和太陽能電池。由諸如硅基光源,波導,檢測器和光學開關的微納米光子器件組成的集成光學路徑被認爲是替代方案。現有集成電路最有前途的解決方案。到目前爲止,已經實現了集成的硅基光波導,光學發光和探測器,但是可以使用現代硅工藝製造並且可以集成的硅基光源仍未解決,主要是因爲硅是間接帶隙半導體,它的輻射覆合過程需要聲子的參與,因此發光效率非常低。多年來,研究人員一直在尋找提高硅基材料發光效率的方法。儘管多孔硅和硅量子點的發光效率相對於塊狀材料大大提高,但它們與現代硅工藝不兼容並且難以與其他硅基器件集成。

該研究從通過飛秒激光燒蝕製備的硅納米球延伸到通過電子束曝光和離子蝕刻製備的硅納米柱,粒徑爲100-300nm。該研究首先在理論上分析了增強硅納米粒子熒光的內在物理機制,利用電磁偶極共振增強硅納米粒子的多光子吸收,同時利用電磁四極共振增強熒光發射(圖1)。共振激發的電磁對可以在硅納米顆粒中產生非常高的濃度

圖1硅納米粒子發光機理

載體,顯着增強的俄歇效應大大延長了載體的非輻射覆合壽命,並且電磁四極的存在降低了載體的輻射覆合壽命,這一起導致熒光量子效率的增加。它接近五個數量級。在實驗中,(1)當飛秒激光激發其電磁偶極共振時,硅納米球或納米柱可以產生有效的白光發射; (2)單個硅納米顆粒的熒光壽命約爲52ps; 3)硅納米球的量子效率約爲1.22%,比體硅材料高5個數量級(圖2)。該研究爲開發可集成的兼容硅基光源開闢了新的思路。

圖2單個硅納米球的量子效率測量裝置圖

Nature Communications》是國際知名雜誌《Nature》的子出版物,該雜誌發表了自然科學領域的最新科學研究進展。它由英國自然出版集團在線出版。 2018年的最新影響因子是12.353。

論文鏈接:https://www.nature.com/articles/s41467-018-05394-z

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