近日，中山大學(xué)電子與信息工程學(xué)院劉佰全副教授及其合作者發(fā)現(xiàn)了銀雜質(zhì)摻雜的膠體量子阱可以用來制備發(fā)光二極管器件（CQW-LED），證實了貴金屬摻雜納米晶中的電致發(fā)光效應(yīng)。該研究成果以“Management of electroluminescence from silver-doped colloidal quantum well light-emitting diodes”為題發(fā)表于《Cell》旗下Cell Reports Physical Science。

雜質(zhì)摻雜技術(shù)有望為納米晶提供新穎的電學(xué)、光學(xué)、磁學(xué)等特性。然而，迄今為止，有關(guān)貴金屬摻雜納米晶的研究很少，因此該領(lǐng)域的一些重要性質(zhì)仍然處于未知狀態(tài)。盡管十多年前就已經(jīng)報道了普通金屬摻雜納米晶的電致發(fā)光特性，但是貴金屬摻雜雜質(zhì)的電致發(fā)光效應(yīng)尚未揭示，也未在LED中展現(xiàn)出應(yīng)用的可能。

近年來，膠體量子阱(CQW)作為一種新型的半導(dǎo)體納米晶，在光電子與微電子領(lǐng)域得到研究者們的廣泛青睞。借助于CQW的半導(dǎo)體光電特性，有望了解納米晶中貴金屬雜質(zhì)的電致發(fā)光效應(yīng)。另一方面，CQW-LED在新型顯示和照明技術(shù)等領(lǐng)域展現(xiàn)出重要的應(yīng)用前景，因為其具備眾多優(yōu)點，包括優(yōu)異的色純度、低電壓、低成本和高效率。然而，CQW-LED仍然面臨著諸多挑戰(zhàn)。例如，CQW-LED中的激子復(fù)合等發(fā)光機(jī)理還不夠清晰，高質(zhì)量的白光CQW-LED難以實現(xiàn)，以及柔性CQW-LED仍未探索。

銀雜質(zhì)摻雜CQW-LED的激子復(fù)合調(diào)控發(fā)光示意圖

針對上述問題，劉佰全副教授及其合作者首次報道了貴金屬摻雜在納米晶材料中的電致發(fā)光效應(yīng)。通過在CdSe CQW中摻雜銀雜質(zhì)，獲得了雙峰發(fā)光體。當(dāng)銀摻雜濃度為0.8%時，CQW-LED的峰值亮度為1339 cd m-2，這不僅是帶有雜質(zhì)發(fā)光的納米晶LED的最大值，也是基于單核型CQW-LED中最大值。通過理解帶隙工程，證明了對激子復(fù)合的管理是一種簡單且有效的調(diào)控電致發(fā)光的策略。

例如，通過空穴傳輸層的能級變化，雜質(zhì)發(fā)光波長可以從橙紅光606 nm調(diào)控到近紅外光761 nm。此外，他們還實現(xiàn)了首個基于CQW的有機(jī)-無機(jī)雜化白光LED，其顯色指數(shù)高達(dá)82，表明基于CQW的白光LED能夠滿足室內(nèi)照明的要求。最后，他們還成功實現(xiàn)了柔性CQW-LED。

這些研究結(jié)果不僅是展示了貴金屬摻雜納米晶的電致發(fā)光效應(yīng)，同時可以延伸到其它貴金屬雜質(zhì)（如金、鐿等），也令貴金屬摻雜納米晶成為一類新型的電子材料成為可能，為將其用于其它電致發(fā)光應(yīng)用提供可能性（如交流電薄膜電致發(fā)光器件、發(fā)光場效應(yīng)晶體管等）。

該論文第一完成單位為中山大學(xué)電子與信息工程學(xué)院，劉佰全副教授為共同第一作者排第一，合作者分別來自新加坡南洋理工大學(xué)、澳大利亞莫納什大學(xué)、土耳其比爾肯大學(xué)以及土耳其阿卜杜拉居爾大學(xué)。該研究工作得到了國家自然科學(xué)基金（62104265）和廣東省科技計劃（2021A0505110009）等項目資助。（來源：中山大學(xué)）

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