掺Er3+的量子点在介观尺度上的有序排列可实现高效的1.55微米电致发光

《Nature Communications》：Mesoscale ordered assembly of Er3+-doped quantum dots enables efficient 1.55 μm electroluminescence

　　

摘要

高效、电驱动的1.55微米光源在电信波段发射、芯片上光学传感以及集成近红外光子学领域具有极高的应用价值，但其实现仍面临巨大挑战。将Er³⁺直接整合到半导体钙钛矿量子点中，由于能够实现内在的电荷传输，因此具有更大的潜力，但这一途径会受到动力学障碍的制约，从而导致纳米晶粒尺寸分布不均且排列随机，进而引发能量泄漏和发光效率下降。在此，我们通过结合动力学控制的合成方法与氢键引导的组装技术，实现了Er³⁺掺杂的CsPbCl₃量子点的介观尺度有序排列，从而获得了高效的1.55微米电致发光效果。我们使用肉豆蔻酰氯作为缓释氯源，在合成过程中原位生成酰胺配体，这些配体形成了量子点间的N–H···O?=?C氢键网络。这些氢键网络使得量子点以{100}面相对的方式形成介观尺度的有序结构。由此产生的结构实现了3.75%的记录水平EQE值，最大辐射强度为323.31毫瓦/弧秒负一次方·平方米，这一数值是不规则排列样品的约10倍，同时其工作稳定性可达197分钟，比传统样品提高了约7倍。这表明，层次分明的半导体有序结构是电信波段光电子学领域的极具潜力的候选材料。