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《高斯量子点激子能级的磁场效应:激子激光的应用。》

  • 来源专题：纳米科技
  • 编译者： 郭文姣
  • 发布时间：2018-03-24

  • 利用Ritz变分法、1/N展开法和位移1/N展开法，研究了GaAs高斯量子点(QD)中存在的激子问题。将激子的基态能量和结合能作为量子点大小、约束强度和磁场的函数，并与文献中可用的能量进行比较。虽然变分方法给出了基态能量的上界，但1/N的扩张方法给出了下界。从位移1/N展开方法得到的结果与精确对角化技术得到的结果吻合得很好。本文还研究了激子的激子大小和振子强度的变化，作为量子点大小的函数。利用移位的1/N展开方法计算激子的激发态，并提出通过调整量子点参数，可以在量子点上实现给定数目的稳定激子束缚态。这可以打开量子点激光器使用激子态的可能性。

    ——文章发布于2018年3月22日

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  • 《探索“热激子”延迟荧光之旅：“热激子”延迟荧光材料的实验验证》
    • 来源专题：中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者：冯瑞华
    • 发布时间：2019-02-19
    • 近年来，有机电致发发光二极管（OLEDs）在新型显示和照明领域的应用引起了研究者的关注。热激活延迟荧光（TADF）材料由于其可以实现100 %的内量子效率，同时避免了在发光材料中引入贵重有毒的过渡金属，已成为第三代有机电致发光材料，在未来OLED领域应用前景广阔。但是，由于三重态激子相关的湮灭过程使得基于TADF的OLED器件有着和磷光OLED器件相同的效率滚降问题。基于此，马於光组于2013年报道了采用PTZ-BZP作为发光材料的近红外OLED，实现48 % 的激子利用率，提出器件高的激子利用率归因于化合物从高能三重激发态（T3）到单重激发态（S1）快速的反向系间窜越（RISC）过程，并提出“热激子”TADF机理有望实现100 %激子利用率。然而，基于“热激子”TADF材料和器件的研究存在如下问题：（1）目前基于“热激子”机制的OLED的器件效率最高为7.2 %，远不及传统的TADF-OLED的器件效率；（2）“热激子”OLED器件高的激子利用率通常是通过其器件的外量子效率（EQE）得到，但分子的堆积取向、微腔效应、三重态-三重态湮灭等都可以提高器件的光耦合输出从而使器件EQE突破理论限制，所以是否高估了“热激子”OLED中激子利用率？（3）更重要的是，目前报道的光物理结果不能证明三重态激子通过Tn上转换为单重态激子。因为，RISC速率通常与单重态-三重态能级差（DEST），自旋轨道耦合（SOC）有关。传统TADF材料通常显示接近于0的DEST和一个微秒级的寿命，而已报道的“热激子”TADF分子没有引入金属原子来增加SOC却只表现出一个纳秒级寿命。所以，目前缺乏有力的实验证据证明高激发态RISC过程，使得“热激子”TADF的机理至今是一个有争议的问题并亟待解决。 　　近期，中国科学院理化技术研究所王鹰研究员课题组以苯并噻二唑为受体，以二甲基芴为给体构筑纯有机小分子TADF发光材料。基于该类化合物的磷光光谱结果中同时表现出荧光和磷光的发射峰，说明该类化合物具有微秒级别的荧光寿命。然而化合物DEST（S1-T1）超过0.5eV，这抑制了低三重态-单重态间的系间窜越，证明该类化合物可能具有“热激子”TADF性质。进一步进行瞬态光物理实验，瞬态PL测试显示该类化合物荧光发射具有纳秒级的短寿命和微秒级别的长寿命（小于1微秒），延迟部分的寿命显示出温度依赖特性并可以被氧气淬灭，从而证明了该类化合物存在高激发三重态（Tn）与单重态间（S1）的RISC过程。通过时间密度泛函理论计算进一步证实该类化合物具有非常窄的Tn态到S1态能级差和较大的SOC系数，促进了该类化合物能够实现“热激子”三重激发态的RISC过程。以该类化合物作为发光客体的OLED器件显示出最大的电流效率为31.02 cd/A；最大功率效率为27.85 lm/W,最大外量子效率达9.13 %（目前“热激子”OLED最高的器件效率），突破了荧光OLED器件EQE的理论限制。同时，由于“热激子”三重激发态快的RISC过程使得器件在高的电流密度下有较低的效率滚降。该工作系统证明了苯并噻二唑类发光材料的“热激子”TADF机制并获得了优异的器件效率，实现高效低效率滚降的OLED器件提供新的方法和思路。 　　相关成果在线发表在Advanced Optical Materials (DOI: 10.1002/adom.201801190)上。 　
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  • 《探索 | 双激子结合能可用于电子产品》
    • 来源专题：光电情报网信息监测服务平台
    • 编译者：husisi
    • 发布时间：2022-03-15
    • 澳大利亚墨尔本斯威本科技大学的研究人员首次使用先进的光谱技术量化了两个激子结合成双激子状态所需的能量。他们与澳大利亚国立大学的研究人员合作，直接测量二硫化钨 (WS2) 中的双激子结合能，二硫化钨 (WS2) 是一种二维材料，属于过渡金属二硫化物 (TMDC) 半导体家族。该研究发表在《2D Materials》上。 该团队表示，其研究结果可用于开发基于 TMDC 中双激子流的未来应用。 研究人员使用双量子多维相干光谱 (2Q-MDCS)，一种用于探测双激发态的技术，来识别和分离单层 WS2 中的光激发双激子。为了明确地测量原子级薄 TMDC 材料中的双激子特征，研究人员运行了一系列具有精确控制的相位关系和明确定义的波矢量的超短光脉冲。 斯威本教授杰夫戴维斯说，“通过使用具有高精度的多个脉冲，我们可以选择性地直接探测双激发双激子状态，同时消除单激发激子状态的任何贡献，2Q-MDCS 方法使研究人员能够对双激子结合能进行直接实验测量。这种直接激发双激子的能力对于光致发光光谱等更常见的技术是无法实现的。” 图注：杰夫•戴维斯教授是量化双激子结合能研究的通讯作者，他领导的Swinburne超快光谱实验室。该大学的研究人员使用先进的光谱方法量化了两个激子结合成双激子态所需的能量。这项工作对开发新的量子材料和量子模拟器具有重要意义 当研究人员使用 2Q-MDCS 观察双激子时，相关激子会产生一个信号，相关激子是相互作用但未结合的激子对。研究人员认为未结合的双激子状态和双激子之间的能量差是双激子结合能的基本定义，测量值为 26 ± 2 meV。 “双激子峰和相关的双激子峰之间的能量差是测量双激子结合能的最佳手段，”研究员 Mitchell Conway 说。 “这是一个令人兴奋的观察，因为其他光谱技术没有观察到这些相关的激子。” 此外，研究人员还确定了单层 WS2 中双激子的性质。当使用 2Q-MDCS 解析双激子峰时，他们观察到由两个自旋相反的亮激子组成的双激子，称为亮-亮间隔双激子。 相比之下，报告单层 WS2 中的双激子的光致发光测量无法识别所涉及的特定激子。以前用于识别双激子的技术仅限于测量来自双激子到激子跃迁的光子。这种转变可能无法反映双激子或激子相对于基态的精确能量。 除了增加对双激子动力学和特征能量尺度的科学理解之外，该发现还可以支持基于双激子的设备的开发，例如更紧凑的激光器和化学传感器。 由于材料的维度降低，激子和激子复合物（例如双激子）的结合能在二维材料中得到增强。这种增加的结合能使双激子更容易获得，即使在室温下也是如此，并为一系列低能技术引入了在新材料中使用双激子的可能性。 康威说，“在我们将这些二维材料应用于下一代低能电子设备之前，我们需要量化驱动其功能的基本特性，准确识别单层半导体中双激子特征的能力也有助于推进新量子材料和量子模拟器的开发。”
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