近日，中國科學技術大學中科院微觀磁共振重點實驗室杜江峰院士、樊逢佳教授等人與多倫多大學Oleksandr Voznyy教授合作，在膠體量子點發光材料領域取得重要進展。該研究團隊在量子點合成過程中引入晶格應力，調控量子點的能級結構，獲得了具有高度發光方向性的量子點材料，此材料應用在量子點發光二極管（QLED）中有望大幅提升器件的發光效率。這一研究成果發表在《Science Advances》雜志上[Science Advances 8, eabl8219 (2022)]。
外量子效率（EQE）是QLED器件性能的一個重要評價指標，因此一直是國內外相關研究關注的重點。然而隨著研究的推進，器件的內量子效率已經趨于極限（100%），這時若要進一步提升EQE須從外耦合效率角度入手，即提升器件的出光效率。在提升外耦合效率方面，外加光柵或散射結構的方式會增加額外的成本，并帶來諸如角度色差等問題。基于此，不增加額外的結構而是使用具有方向性的發光材料，被認為是一種更為可行的解決方案。
然而QLED中使用的量子點材料并不具有天然的發光偏振，針對這一點，研究團隊經過理論計算和實驗設計，在核-殼CdSe-CdS量子點制備過程中引入不對稱應力，該應力成功調制了量子點的能級結構，使量子點的最低激發態變為由重空穴主導的面內偏振能級（圖1）。
圖1 不對稱應力使量子點的最低激發態變為由重空穴主導的面內偏振能級。
隨后，該研究團隊使用背焦面成像等手段確認了此量子點材料的發光偏振（圖2），88%的面內偏振占比使該材料具有很強的發光方向性，這一發光方向性的提升可以將QLED的效率極限從30%提升到39%，為制造超高效率的QLED器件提供了一種新的解決思路。
圖2 背焦面成像（BFP）技術確認了量子點薄膜中88%的面內偶極占比。
中科院微觀磁共振重點實驗室博士研究生宋楊、劉瑞祥為該論文共同第一作者，杜江峰院士、樊逢佳教授和Oleksandr Voznyy教授為共同通訊作者。本項研究得到了科技部、國家自然科學基金委、中國科學院、安徽省等支持。
樊逢佳教授于2007-2013年在中國科大化學系攻讀博士學位，師從俞書宏院士。隨后前往加拿大多倫多大學從事博士后研究。2017年回國后，他加入杜江峰院士領導的中科院微觀磁共振重點實驗室，開展量子調控與材料科學結合的前沿科學研究，發展了一系列自主知識產權的科研儀器設備，在量子點LED和激光器中的基礎化學-物理交叉科學問題研究上取得重要進展。除本項工作外，近期他和杜江峰院士在自旋量子點激光器和激光傳感上的兩件研究成果也發表在Nano Letters [Nano. Lett. 22, 658-664 (2022); Nano. Lett. 21, 7732-7739 (2021)]。
原文鏈接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abl8219
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.1c03671
https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.nanolett.1c02547
（中科院微觀磁共振重點實驗室、合肥微尺度物質科學國家研究中心、物理學院、中科院量子信息與量子科技創新研究院、科研部）
標簽： 中國科大
