近日，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)中科院微觀磁共振重點實驗室杜江峰院士、樊逢佳教授等人與多倫多大學(xué)Oleksandr Voznyy教授合作，在膠體量子點發(fā)光材料領(lǐng)域取得重要進(jìn)展。該研究團(tuán)隊在量子點合成過程中引入晶格應(yīng)力，調(diào)控量子點的能級結(jié)構(gòu)，獲得了具有高度發(fā)光方向性的量子點材料，此材料應(yīng)用在量子點發(fā)光二極管（QLED）中有望大幅提升器件的發(fā)光效率。這一研究成果發(fā)表在《Science Advances》雜志上[Science Advances 8, eabl8219 (2022)]。

外量子效率（EQE）是QLED器件性能的一個重要評價指標(biāo)，因此一直是國內(nèi)外相關(guān)研究關(guān)注的重點。然而隨著研究的推進(jìn)，器件的內(nèi)量子效率已經(jīng)趨于極限（100%），這時若要進(jìn)一步提升EQE須從外耦合效率角度入手，即提升器件的出光效率。在提升外耦合效率方面，外加光柵或散射結(jié)構(gòu)的方式會增加額外的成本，并帶來諸如角度色差等問題�；�于此，不增加額外的結(jié)構(gòu)而是使用具有方向性的發(fā)光材料，被認(rèn)為是一種更為可行的解決方案。

然而QLED中使用的量子點材料并不具有天然的發(fā)光偏振，針對這一點，研究團(tuán)隊經(jīng)過理論計算和實驗設(shè)計，在核-殼CdSe-CdS量子點制備過程中引入不對稱應(yīng)力，該應(yīng)力成功調(diào)制了量子點的能級結(jié)構(gòu)，使量子點的最低激發(fā)態(tài)變?yōu)橛芍乜昭ㄖ鲗?dǎo)的面內(nèi)偏振能級（圖1）。

圖1.不對稱應(yīng)力使量子點的最低激發(fā)態(tài)變?yōu)橛芍乜昭ㄖ鲗?dǎo)的面內(nèi)偏振能級。

隨后，該研究團(tuán)隊使用背焦面成像等手段確認(rèn)了此量子點材料的發(fā)光偏振（圖2），88%的面內(nèi)偏振占比使該材料具有很強的發(fā)光方向性，這一發(fā)光方向性的提升可以將QLED的效率極限從30%提升到39%，為制造超高效率的QLED器件提供了一種新的解決思路。

圖2.背焦面成像（BFP）技術(shù)確認(rèn)了量子點薄膜中88%的面內(nèi)偶極占比。

中科院微觀磁共振重點實驗室博士研究生宋楊、劉瑞祥為該論文共同第一作者，杜江峰院士、樊逢佳教授和Oleksandr Voznyy教授為共同通訊作者。本項研究得到了科技部、國家自然科學(xué)基金委、中國科學(xué)院、安徽省等支持。

樊逢佳教授于2007-2013年在中國科大化學(xué)系攻讀博士學(xué)位，師從俞書宏院士。隨后前往加拿大多倫多大學(xué)從事博士后研究。2017年回國后，他加入杜江峰院士領(lǐng)導(dǎo)的中科院微觀磁共振重點實驗室，開展量子調(diào)控與材料科學(xué)結(jié)合的前沿科學(xué)研究，發(fā)展了一系列自主知識產(chǎn)權(quán)的科研儀器設(shè)備，在量子點LED和激光器中的基礎(chǔ)化學(xué)-物理交叉科學(xué)問題研究上取得重要進(jìn)展。除本項工作外，近期他和杜江峰院士在自旋量子點激光器和激光傳感上的兩件研究成果也發(fā)表在Nano Letters [Nano. Lett. 22, 658-664 (2022); Nano. Lett. 21, 7732-7739 (2021)]。

原文鏈接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abl8219

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.1c03671

https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.nanolett.1c02547