Forschungsfortschritt bei kolloidalen Quantenpunktlasern

Forschungsfortschritt vonkolloidale Quantenpunktlaser
Kolloidale Quantenpunktlaser lassen sich je nach Pumpmethode in zwei Kategorien unterteilen: optisch gepumpte kolloidale Quantenpunktlaser und elektrisch gepumpte kolloidale Quantenpunktlaser. In vielen Bereichen wie Labor und Industrieoptisch gepumpte Laser, wie Faserlaser und titandotierte Saphirlaser, spielen eine wichtige Rolle. Darüber hinaus spielen in einigen spezifischen Szenarien, wie beispielsweise im Bereich deroptischer Mikroflusslaserist die auf optischem Pumpen basierende Lasermethode die beste Wahl. In Anbetracht der Portabilität und des breiten Anwendungsspektrums liegt der Schlüssel zur Anwendung kolloidaler Quantenpunktlaser jedoch darin, eine Laserleistung durch elektrisches Pumpen zu erzielen. Bislang wurden elektrisch gepumpte kolloidale Quantenpunktlaser jedoch nicht realisiert. Ausgehend von der Realisierung elektrisch gepumpter kolloidaler Quantenpunktlaser erörtert der Autor daher zunächst das wichtigste Bindeglied zur Herstellung elektrisch injizierter kolloidaler Quantenpunktlaser, d. h. die Realisierung optisch gepumpter kolloidaler Quantenpunktlaser mit kontinuierlicher Welle. Anschließend geht er auf optisch gepumpte kolloidale Quantenpunktlaser mit Lösung ein, die höchstwahrscheinlich als erste kommerziell angewendet werden. Der Aufbau dieses Artikels ist in Abbildung 1 dargestellt.

Bestehende Herausforderung
Die größte Herausforderung bei der Erforschung kolloidaler Quantenpunktlaser besteht nach wie vor darin, ein kolloidales Quantenpunkt-Verstärkungsmedium mit niedriger Schwelle, hoher Verstärkung, langer Lebensdauer und hoher Stabilität zu erhalten. Obwohl über neuartige Strukturen und Materialien wie Nanoschichten, Riesenquantenpunkte, Gradienten-Quantenpunkte und Perowskit-Quantenpunkte berichtet wurde, konnte in mehreren Laboren bisher kein einziger Quantenpunkt als optisch gepumpter Dauerstrichlaser bestätigt werden. Dies deutet darauf hin, dass die Verstärkungsschwelle und Stabilität von Quantenpunkten noch unzureichend sind. Aufgrund fehlender einheitlicher Standards für die Synthese und Leistungscharakterisierung von Quantenpunkten unterscheiden sich die Berichte zur Verstärkungsleistung von Quantenpunkten aus verschiedenen Ländern und Laboren erheblich, und die Wiederholgenauigkeit ist gering, was die Entwicklung kolloidaler Quantenpunkte mit hoher Verstärkungseigenschaft zusätzlich behindert.

Derzeit ist der Quantenpunkt-Elektropumplaser noch nicht realisiert, was darauf hindeutet, dass es noch Herausforderungen in der Grundlagenphysik und der Schlüsseltechnologieforschung des Quantenpunkts gibtLasergeräte. Kolloidale Quantenpunkte (QDS) sind ein neues, aus Lösung verarbeitbares Verstärkungsmaterial, das auf die Elektroinjektionsvorrichtungsstruktur von organischen Leuchtdioden (LEDs) bezogen werden kann. Jüngste Studien haben jedoch gezeigt, dass einfache Referenzen nicht ausreichen, um den durch Elektroinjektion erzeugten kolloidalen Quantenpunktlaser zu realisieren. Angesichts der Unterschiede in der elektronischen Struktur und im Verarbeitungsmodus zwischen kolloidalen Quantenpunkten und organischen Materialien ist die Entwicklung neuer Methoden zur Herstellung von Lösungsfilmen, die für kolloidale Quantenpunkte und Materialien mit Elektronen- und Lochtransportfunktionen geeignet sind, der einzige Weg, um den durch Quantenpunkte induzierten Elektrolaser zu realisieren. Das ausgereifteste kolloidale Quantenpunktsystem sind nach wie vor kolloidale Cadmium-Quantenpunkte, die Schwermetalle enthalten. In Anbetracht des Umweltschutzes und der biologischen Gefahren ist die Entwicklung neuer nachhaltiger Materialien für kolloidale Quantenpunktlaser eine enorme Herausforderung.

In zukünftigen Arbeiten sollte die Erforschung optisch gepumpter Quantenpunktlaser und elektrisch gepumpter Quantenpunktlaser Hand in Hand gehen und in der Grundlagenforschung und in der praktischen Anwendung gleichermaßen eine wichtige Rolle spielen. Bei der praktischen Anwendung kolloidaler Quantenpunktlaser müssen viele häufige Probleme dringend gelöst werden, und es bleibt noch zu erforschen, wie die einzigartigen Eigenschaften und Funktionen kolloidaler Quantenpunkte voll ausgeschöpft werden können.