石墨烯/氮化硼复合薄膜的简易制备及其作为超级电容器电极的面积电容增强研究

本文突破性地提出"量子间歇泉效应"(Quantum Geyser Effect)，通过优化GaN纳米棒(NR)阵列结构实现光子循环利用，使垂直发光效率提升11倍。研究结合微区光致发光(μ-PL)和时分辨PL分析，配合3D时域有限差分(FDTD)模拟，揭示了相邻NR间光子交换形成的波导模式可显著提升珀塞尔因子(Purcell factor)，为AR/VR微显示、高速光通信等应用提供了新思路。

　　

Highlight

突破性发现：我们首次在纳米棒(NR)阵列LED中揭示了被称为"量子间歇泉效应"(Quantum Geyser Effect)的发光增强机制。这种创新机制通过光子循环(Photonic Recycling, PR)技术，在GaN基纳米棒阵列中实现了前所未有的垂直发射效率。

Results and discussion

InGaN纳米棒LED阵列系统中光增强动力学的计算研究：

为分析NR LED几何特征对发光行为的影响，我们采用Ansys Lumerical 3D时域有限差分(3D-FDTD)模拟技术。研究重点比较了两种垂直排列的NR阵列：梯形纳米棒(TN)阵列LED和圆柱形纳米棒(CN)阵列LED（如图1a所示）。基础研究表明，显著的折射率差异...

Conclusion

外延微LED创新研究已成为科学界关注焦点。然而，在亚10微米尺寸的微LED中实现最佳性能仍面临重大挑战。其中，垂直发射强度是关键参数，受尺寸效应和高表面积体积比的影响。要突破这些障碍，必须深入理解外延微LED内部的光子作用机制。这项开创性研究...

Materials

NR阵列LED采用4英寸蓝光LED晶圆（波长～450 nm）制备。首先通过等离子体增强化学气相沉积(PECVD)沉积200 nm厚的SiO₂硬掩模，再经电子束蒸发镀50 nm铬金属层。随后采用纳米压印光刻技术制作直径500 nm、间距1.5 μm的纳米图案，最后通过等离子刻蚀完成LED外延层加工。

Optical characterization method

采用包含405 nm激光器和420 nm长通滤波器的微区PL系统进行光学表征。激光束通过100倍物镜（NA=0.9）聚焦成1.5 μm光斑，PL信号经单色仪分光后由CCD光谱仪采集。光学 mapping 测量采用100 nm步进的样品台。

Simulation study details

为探究表面调控NR阵列LED的拓扑特征对光子动力学的影响，我们建立了NR LED结构的数值模型。如图1a所示，TN阵列LED呈梯形几何，而CN阵列LED为圆柱形。模拟在Ansys Lumerical 3D FDTD Solution中进行，采用具有随机极化和位置的偶极子源模拟量子阱发光。