Klimov团队Nat. Commun.:高泵浦电流密度驱动的量子点超亮稳定电致发光

【导读】

半导体胶体量子点因其优异的光学性能和可溶液处理性，是微纳激光器增益介质的强有力候选者。量子点中显著的俄歇效应大幅缩短了增益寿命，因此要实现基于量子点的激光发射，往往需要大的泵浦电流密度。如何解决伴随泵浦电流密度上升而出现的器件热失效；实现大泵浦电流密度下高效、稳定的电致发光，是最终获得连续电泵浦量子点激光器的关键。

【成果掠影】

近日，美国洛斯阿拉莫斯国家实验室的Klimov团队发表了新的研究论文，为实现量子点在超高泵浦电流密度下的超亮电致发光提供了新的策略。该策略首先通过合成具有小界面组分梯度的CdSe/Cd_xZn_1-xSe/ZnSe_0.5S_0.5核壳量子点（cg-QD），构建缓变的束缚势场，从而有效地抑制了俄歇复合。进一步地，通过对泵浦电流的聚焦和采用脉冲泵浦模式，在大幅提升泵浦电流密度的同时避免了器件的热失效。最终实现了在1000 A/cm²的泵浦电流密度下稳定的超亮电致发光（10⁷cd/m²）。特别的，在该研究所用的泵浦电流密度下，在cg-QD中可以实现对激子1s和1p能级的粒子数反转，为实现电泵浦激光器提供了重要基础。

相关研究文章“Two-band optical gain and ultrabright electroluminescence from colloidal quantum dots at 1000 A cm⁻²”为题发表在Nature Communications上。

【核心创新点】

通过对泵浦电流的聚焦和采用脉冲泵浦首次实现了在超高泵浦电流密度下（1000 A/cm²）的超亮电致发光（10⁷cd/m²）。

【数据概览】

图1. 采用电流聚焦-脉冲泵浦，可在界面组分渐变的核壳量子点（cg-QD）中实现高泵浦电流密度驱动下的超亮电致发光©2022 the authors

图2. 电流聚焦和泵浦模式（直流和脉冲）对电致发光的影响©2022 the authors

图3. 从电致发光光谱分析单个量子点的平均激子数©2022 the authors

【成果启示】

综上所述，为缓解大泵浦电流密度下电致发光器件的热失效，作者提出了一种将量子点结构调控和泵浦模式优化相结合的崭新策略，实现了高泵浦电流密度下高效、稳定的电致发光。将该研究所获得电致发光器件与光学谐振腔集成，有望实现基于半导体胶体量子点的激光二极管。

文章链接：Two-band optical gain and ultrabright electroluminescence from colloidal quantum

dots at 1000 A cm⁻², nature communications, 2022, 13

DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-022-31189-4

本文由NSCD供稿。