近日，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)中科院微觀磁共振重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室杜江峰院士、樊逢佳教授等人與多倫多大學(xué)Oleksandr Voznyy教授合作，在膠體量子點(diǎn)發(fā)光材料領(lǐng)域取得重要進(jìn)展。該研究團(tuán)隊(duì)在量子點(diǎn)合成過程中引入晶格應(yīng)力，調(diào)控量子點(diǎn)的能級(jí)結(jié)構(gòu)，獲得了具有高度發(fā)光方向性的量子點(diǎn)材料，此材料應(yīng)用在量子點(diǎn)發(fā)光二極管（QLED）中有望大幅提升器件的發(fā)光效率。這一研究成果發(fā)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(gè)重要評(píng)價(jià)指標(biāo)，因此一直是國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究關(guān)注的重點(diǎn)。然而隨著研究的推進(jìn)，器件的內(nèi)量子效率已經(jīng)趨于極限（100%），這時(shí)若要進(jìn)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(jié)構(gòu)的方式會(huì)增加額外的成本，并帶來(lái)諸如角度色差等問題。基于此，不增加額外的結(jié)構(gòu)而是使用具有方向性的發(fā)光材料，被認(rèn)為是一種更為可行的解決方案。
然而QLED中使用的量子點(diǎn)材料并不具有天然的發(fā)光偏振，針對(duì)這一點(diǎn)，研究團(tuán)隊(duì)經(jīng)過理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，在核-殼CdSe-CdS量子點(diǎn)制備過程中引入不對(duì)稱應(yīng)力，該應(yīng)力成功調(diào)制了量子點(diǎn)的能級(jí)結(jié)構(gòu)，使量子點(diǎn)的最低激發(fā)態(tài)變?yōu)橛芍乜昭ㄖ鲗?dǎo)的面內(nèi)偏振能級(jí)（圖1）。
圖1 不對(duì)稱應(yīng)力使量子點(diǎn)的最低激發(fā)態(tài)變?yōu)橛芍乜昭ㄖ鲗?dǎo)的面內(nèi)偏振能級(jí)。
隨后，該研究團(tuán)隊(duì)使用背焦面成像等手段確認(rèn)了此量子點(diǎn)材料的發(fā)光偏振（圖2），88%的面內(nèi)偏振占比使該材料具有很強(qiáng)的發(fā)光方向性，這一發(fā)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(shù)確認(rèn)了量子點(diǎn)薄膜中88%的面內(nèi)偶極占比。
中科院微觀磁共振重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)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(xiàng)研究得到了科技部、國(guó)家自然科學(xué)基金委、中國(guó)科學(xué)院、安徽省等支持。
樊逢佳教授于2007-2013年在中國(guó)科大化學(xué)系攻讀博士學(xué)位，師從俞書宏院士。隨后前往加拿大多倫多大學(xué)從事博士后研究。2017年回國(guó)后，他加入杜江峰院士領(lǐng)導(dǎo)的中科院微觀磁共振重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，開展量子調(diào)控與材料科學(xué)結(jié)合的前沿科學(xué)研究，發(fā)展了一系列自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的科研儀器設(shè)備，在量子點(diǎn)LED和激光器中的基礎(chǔ)化學(xué)-物理交叉科學(xué)問題研究上取得重要進(jìn)展。除本項(xiàng)工作外，近期他和杜江峰院士在自旋量子點(diǎn)激光器和激光傳感上的兩件研究成果也發(fā)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(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、合肥微尺度物質(zhì)科學(xué)國(guó)家研究中心、物理學(xué)院、中科院量子信息與量子科技創(chuàng)新研究院、科研部）
標(biāo)簽： 中國(guó)科大
