科學家發現量子點發光原理 可控制其光學特性

2020-11-25 OFweek光電新聞網

　　美國科學家最近發現，量子點(quantum dot)內的電子-空穴交換交互作用(exchange interaction)與量子點的大小有關。這個結果不僅能解釋這種交互作用的起源，更指出除了改變化學成份外，改變納米微粒的大小也可以用來控制材料的光學特性。

　　半導體量子點是尺寸很小的半導電材料，僅含有數百到數千個原子，但卻能用來製作新一代的光電組件，如量子點LED與量子點雷射器，未來有可能會取代目前所有的光源。量子點在室溫下發出可見光光子的能力，是由其電子-空穴交換的交互作用來控制。這些量子交互作用使量子點的電子激態分裂成「暗態」與「亮態」。如果電子-空穴交換作用太強，量子點將維持在暗態，亦即不發光。

　　再生能源國家實驗室(National Renewable Energy Laboratory, NREL)的Alex Zunger等人的研究顯示，電子-空穴交換作用與量子點半導體材料的電子結構有密切關係。根據他們的計算，砷化銦(InAs)等直接能隙(direct-bandgap)半導體組成的量子點同時具有長程(long-range)與短程(short-range)的電子-空穴交換作用，而矽等間接能隙(indirect-gap)半導體則只有短程的交換作用。

　　這個結果不僅揭露了電子-空穴交換交互作用的起源，也為半導體量子點發光提供了一個合理的解釋。由計算結果可知，改變納米微粒的大小便能控制其光學特性。團隊成員之一的Alberto Franceschetti表示，某些直接能隙半導體如砷化鎵(GaAs)等在尺寸接近納米級時，其電性會轉變成間接能隙，則根據他們的計算，其光學特性與粒徑會有不尋常且非單調(non-monotonic)的關連性。

　　該團隊採用能準確描述量子點內局部帶電載子的膺位勢(pseudopotential)波函數，來仿真電子與空穴間的交互作用，並利用大型超級計算機進行原子量子力學計算得到上述結果。 （編輯：於佔濤）
 

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