科學家實現(xiàn)超快短波近紅外量子點光電器件，可用于超快成像與激光雷達等領域
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另外，因為多數(shù)分子的指紋信息都在短波近紅外波段，所以在進行探測時，還能夠得到更多關于物質的指紋信息。
（來源：Advanced Materials）基于此，短波近紅外在超快成像和無人駕駛激光雷達等多個領域，擁有良好的潛在應用前景。
然而，如今市場上的那些超快探測器，都是利用如（In，Ga）As 或（Hg，Cd）Te 外延半導體材料制備而成，不但工藝復雜，設備也很昂貴。
在這種情況下，膠體量子點因具備傳統(tǒng)外延材料所不能實現(xiàn)的優(yōu)勢，而在短波近紅外光電探測中脫穎而出。
這包括溶液的大批量制備成本極低、器件制備工藝非常簡便，以及量子點材料的響應波長，能夠在同一種材料中通過調節(jié)尺寸而改變等。
盡管如此，基于膠體量子點的短波近紅外光電器件，依舊不能實現(xiàn)商業(yè)化應用。原因在于，它的響應速度只有 10 納秒左右，但應用的最低門檻卻在納秒量級。
當然，如果速度能達到亞納秒/皮秒、甚至是飛秒量級，對于商業(yè)化應用的推進會更加有利。
（來源：Advanced Materials）為攻克上述難題，近期，來自比利時根特大學的研究團隊，通過設計超薄結構降低載流子的輸運時間，從而成功地將基于膠體量子點的短波近紅外光電器件的響應速度，降低至 4 納秒。
實際上，在制備領域，研究人員通常不會想到去利用超薄結構。這主要是因為，如果量子點層的厚度變薄，對光的吸收就會降低，器件的量子效率也會隨之降低。
“我們通過利用法布里-珀羅腔結構，把量子點層對光的吸收增加了 2.5 倍，這樣就能保證即使在超薄結構下，量子效率依然可以保持較高的水平。”根特大學博士后研究員鄧玉豪解釋道。
圖丨鄧玉豪（來源：資料圖）另外，由于該課題組在此基礎上也對制備工藝做了進一步優(yōu)化，克服了采用傳統(tǒng)方法制備超薄器件時的一些困難，因此他們在收獲超快響應的同時，也實現(xiàn)了高的量子效率、高的整流比，以及低的暗電流。
近日，相關論文以《通過超薄吸收層實現(xiàn)納秒響應時間的短波紅外膠體量子點光電探測器》（Short-Wave Infrared Colloidal QDs Photodetector with Nanosecond Response Times Enabled by Ultrathin Absorber Layers）為題在 Advanced Materials 上發(fā)表[1]。
鄧玉豪博士是第一作者兼共同通訊作者，根特大學澤格·亨斯（Zeger Hens）教授擔任共同通訊作者。
圖丨相關論文（來源：Advanced Materials）如上所說，基于膠體量子點的短波近紅外光電探測器的響應時間，只有達到亞納秒/皮秒量級，才能實現(xiàn)在激光雷達領域成熟的商業(yè)化應用。
所以，在該研究的基礎上，該課題組也計劃進一步提高量子點膜的遷移率，以實現(xiàn)皮秒量級的超快探測。
“這在理論上是完全可行的，但具體做起來還需要解決很多困難。”鄧玉豪博士表示。
與此同時，該團隊也希望制備不含有毒重金屬的超快短波近紅外器件，通過使用無毒無害的高性能材料，來更加長遠地保護人類的居住環(huán)境。
光電器件，是鄧玉豪一直以來的研究方向。在深耕該領域的過程中，他也獲得了諸多體悟。
例如，要想制備高性能器件，盲目地做實驗并非是一種好的方法，關鍵是要先把其中的原理理解透徹。
“就拿我們這項研究來說，只有理解了探測器的響應時間是由什么因素決定的，才知道該如何對其響應速度進行優(yōu)化，也才能夠得到世界上最快的器件?！?span style=";padding: 0px;outline: 0px;max-width: 100%;caret-color: rgb(89, 89, 89);box-sizing: border-box !important;overflow-wrap: break-word !important">鄧玉豪說。
他認為，只要知道為什么，就已經很接近答案了。所以，要去理解原理，多問為什么，同時不要害怕遇到困難或者遭受失敗。
“在科學研究的道路上，困難就意味著機會。如果是領域的困難，也就意味著這是領域突破的機會；如果是人類發(fā)展上的困難，那就是人類歷史上的創(chuàng)新機會。”鄧玉豪如是說。
參考資料：
1.Y.,Deng,C.,Pang,E.,Kheradmand. et al. Short-Wave Infrared Colloidal QDs Photodetector with Nanosecond Response Times Enabled by Ultrathin Absorber Layers. Advanced Materials（2024）. https://doi.org/10.1002/adma.202402002
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