半导体材料价格昂贵？廉价替代品纳米硅颗粒横空来袭

对硅纳米颗粒施以足够强的辐射，使其受激发光，从而取代价格昂贵的半导体材料在电子界面中得到应用——这是日前罗蒙诺索夫莫斯科国立大学的物理学家们刚取得的科学成就。据莫斯科国立大学量子电子系研究员、该研究组成员之一Maxim Shcherbakov所说，这一方法的成功研制极大地促进了纳米颗粒光致发光领域的发展。

这一问题的关键就在于光致发光的过程研究：当材料受可见光或超声辐射，它就会因受激而自身发光，只是光的波段有所不同。该研究中材料受激发射红光。

半导体纳米颗粒，或是所谓的量子点，已经被应用到当今很多显示器中。电子在量子点中表现出与在块状半导体材料中截然不同的性质，这就是量子点众所周知的发光特性。如今，运用了如CdSe等不同量子点半导体的显示器开始走进人们的生活。这些材料昂贵且有毒性，因此研究人员也在长期研究更加便宜、原理研究得更透彻的硅材料。这些材料符合各方面应用的需要——除了光电子领域，原因在于硅纳米颗粒受激发光较模糊。

自从1990年起，全世界的科学家们都在为解决这一问题孜孜不倦地努力，但直到现在，人们在这一方向上也是进展寥寥。关于“驯服”硅材料的突破性观点最早由瑞典皇家工学院的Kista提出。博士后研究员Sergey Dyakov（本科毕业于莫斯科国立大学，该文第一作者）提议说应将硅纳米颗粒阵列置于非均匀介质基底上，并用金纳米带覆于其上。

“正如前人的实验所得到的结果，不均匀的环境增强了量子限域效应，从而加强了硅材料的场致发光作用，”Maxim Shcherbakov说。“然而，这种材料与纳米晶体进行光相互作用的效率还有欠缺。我们希望通过等离子体（即金属波动的电子气中释放的准粒子）的加入来提高该效率。金纳米带可以在纳米尺度上捕捉光线，从而形成了等离子晶格，也就提高了材料与附近纳米颗粒的相互作用的效率，促进了场致发光特性。”

莫斯科国立大学对瑞典制备的镀金基底上的硅纳米颗粒进行实验，从而证实了一项理论预测——紫外线辐射硅材料受激发出可见光，其亮度足以让其应用到实际中去。

该论文的第一作者Sergey Dyakov透露他们将在第10期的国际微波和光学先进电磁材料会议（九月17-22号，克里特岛）上公布这一发现。这一工作也同样发表在Physical Review B上（“周期性排列的金纳米线覆盖的硅纳米晶体的光学性质”）。

原文链接：http://scienmag.com/silicon-nanoparticles-instead-of-expensive-semiconductors/

文献链接：Optical properties of silicon nanocrystals covered by periodic array of gold nanowires

本文由编辑部丁菲菲提供素材，张文扬编译，点我加入材料人编辑部。