Onderzoeksvoortgang vancolloïdale kwantumdotlasers
Afhankelijk van de verschillende pompmethoden kunnen colloïdale kwantumdotlasers worden onderverdeeld in twee categorieën: optisch gepompte colloïdale kwantumdotlasers en elektrisch gepompte colloïdale kwantumdotlasers. In veel toepassingsgebieden, zoals laboratoria en de industrie,optisch gepompte lasersLasers zoals vezellasers en titanium-gedoteerde saffierlasers spelen een belangrijke rol. Daarnaast spelen ze in sommige specifieke scenario's, zoals op het gebied vanoptische microflow-laserDe lasermethode gebaseerd op optische pomping is de beste keuze. Gezien de draagbaarheid en het brede scala aan toepassingen is de sleutel tot de toepassing van colloïdale kwantumdotlasers echter het bereiken van laseroutput onder elektrische pomping. Tot nu toe zijn elektrisch gepompte colloïdale kwantumdotlasers echter nog niet gerealiseerd. Daarom bespreekt de auteur, met de realisatie van elektrisch gepompte colloïdale kwantumdotlasers als uitgangspunt, eerst de cruciale stap in het verkrijgen van elektrisch geïnjecteerde colloïdale kwantumdotlasers, namelijk de realisatie van een optisch gepompte laser met continue golf van colloïdale kwantumdots, en breidt dit vervolgens uit naar de optisch gepompte oplossinglaser met colloïdale kwantumdots, die naar alle waarschijnlijkheid als eerste commercieel toepasbaar zal zijn. De structuur van dit artikel is weergegeven in Figuur 1.
Bestaande uitdaging
Bij onderzoek naar lasers met colloïdale kwantumstippen blijft de grootste uitdaging het verkrijgen van een versterkingsmedium met colloïdale kwantumstippen met een lage drempelwaarde, hoge versterking, lange levensduur en hoge stabiliteit. Hoewel er nieuwe structuren en materialen zoals nanosheets, gigantische kwantumstippen, gradiëntkwantumstippen en perovskietkwantumstippen zijn gerapporteerd, is er nog geen enkele kwantumstip in meerdere laboratoria bevestigd die een optisch gepompte laser met continue golf kan opleveren. Dit wijst erop dat de versterkingsdrempel en stabiliteit van kwantumstippen nog steeds onvoldoende zijn. Bovendien lopen de rapporten over de versterkingsprestaties van kwantumstippen uit verschillende landen en laboratoria sterk uiteen door het gebrek aan uniforme normen voor de synthese en karakterisering van de prestaties van kwantumstippen. De herhaalbaarheid is bovendien laag, wat de ontwikkeling van colloïdale kwantumstippen met hoge versterkingseigenschappen belemmert.
Momenteel is een elektrogepompte laser met kwantumstippen nog niet gerealiseerd, wat aangeeft dat er nog steeds uitdagingen zijn op het gebied van de fundamentele natuurkunde en het onderzoek naar sleuteltechnologieën voor kwantumstippen.laserapparatenColloïdale kwantumstippen (QD's) zijn een nieuw, in oplossing verwerkbaar versterkingsmateriaal, dat qua elektro-injectiestructuur vergelijkbaar is met organische lichtemitterende diodes (LED's). Recent onderzoek heeft echter aangetoond dat een eenvoudige referentie onvoldoende is om een elektro-injectielaser met colloïdale kwantumstippen te realiseren. Gezien de verschillen in elektronische structuur en verwerkingswijze tussen colloïdale kwantumstippen en organische materialen, is de ontwikkeling van nieuwe, in oplossing verwerkbare filmbereidingsmethoden die geschikt zijn voor colloïdale kwantumstippen en materialen met elektron- en gattransportfuncties de enige manier om een elektrolaser met kwantumstippen te realiseren. Het meest ontwikkelde systeem van colloïdale kwantumstippen bestaat nog steeds uit cadmiumcolloïdale kwantumstippen die zware metalen bevatten. Gezien de milieubescherming en biologische risico's is het een grote uitdaging om nieuwe, duurzame materialen voor colloïdale kwantumstippenlasers te ontwikkelen.
In toekomstig onderzoek zouden optisch en elektrisch aangedreven kwantumdotlasers hand in hand moeten gaan en een even belangrijke rol moeten spelen in zowel fundamenteel onderzoek als praktische toepassingen. Bij de praktische toepassing van colloïdale kwantumdotlasers moeten nog veel problemen dringend worden opgelost, en het is nog steeds onduidelijk hoe de unieke eigenschappen en functies van colloïdale kwantumdots optimaal benut kunnen worden.
Geplaatst op: 20 februari 2024