中山大学光电材料与技术国家重点实验室在鲁棒性拓扑角态微腔中的半导体量子点单光子发射方面取得重大进展

中山大学电子与信息学院喻颖、余思远教授团队联合中山大学物理学院陈晓东、董建文教授团队设计实现了与单个InAs/GaAs量子点的确定性耦合、单量子点的Purcell增强以及偏振的单光子发射,克服了量子拓扑光子学领域中拓扑角态与单个量子点的确定性耦合的难题。相关成果以“Single photon emitter deterministically coupled to a topological corner state”为题,于2024年1月发表在Light:Science & Application。

CdTe半导体量子点的制备及其荧光性能测定

半导体量子点是一种由Ⅱ–Ⅵ族(CdSe,CdTe,CdS,ZnTe,ZnO)、Ⅲ–Ⅴ族(InAs,GaSb,InP)和Ⅳ族(Si,Ge)元素组成的纳米颗粒。目前研究较多的主要是Ⅱ–Ⅵ族的CdS、CdSe、CdTe等半导体量子点,它们具有窄带隙而表现出优异的荧光特性,这些特性是与其本征的量子尺寸效应密切相关的。本实验采用简便的水相回流法,以巯基乙酸作为保护剂,NaHTe为Te前体,在3 h的回流反应中制备出多种颜色的CdTe半导体量子点,并针对实验中出现的NaHTe转移液体过程中易被氧化的问题作出了改进,对产物的荧光性能进行了测定,最终得到了一系列量子产率达到48%的CdTe量子点。实验具有工艺简便、试剂消耗少、荧光变化明显的优点,对实验难点的改进使其具有良好的操作性与可重复性,适合拓展为本科生无机化学、仪器分析实验以及专业综合实验。

II-VI族半导体量子点的发光特性及其应用研究进展

半导体量子点由于具有独特的发光特性而具有极高的应用价值。结合本实验室的工作介绍了半导体量子点的发光原理和发光特性,在实验中发现核壳结构的CdSe/CdS半导体量子点比没有包覆的CdSe半导体量子点的发光稳定性提高,吸收光谱和发射光谱均发生红移,而且粒径不同,半导体量子点所呈现的颜色也不同,随着粒径的增加吸收光谱和发射光谱向长波方向红移。介绍了半导体量子点在光电子器件和生物医学方面的应用,并对其发展前景进行了展望。

水相制备硒化镉半导体量子点的荧光性能

研究水相制备CdSe半导体量子点的合成工艺及后处理过程(包括前驱体物质选择及其用量、水浴反应时间、真空热处理等因素)对样品荧光性能的影响.通过荧光光谱测试分析样品荧光性能,结合紫外-可见光吸收光谱分析样品光吸收性能,并用扫描电镜和X射线衍射谱分析样品形貌与组分.结果表明:使用Na2SO3前驱体制备的水溶液样品的荧光性能容易受水浴加热时间的影响,表现出特殊的荧光双峰现象.使用NaBH4前驱体制备的水溶液样品荧光性能几乎不受水浴加热时间的影响,NaBH4的加入量增多有利于钝化CdSe量子点表面,有效减少表面陷阱,大幅度提高荧光量子产率.真空热处理使样品荧光峰锐化,半峰宽为30～40 nm且峰位产生红移,峰强急剧增加.

影响半导体量子点生长因素的分析

生长高面密度和尺寸均匀的量子点是半导体量子点实用化的关键。本文在已有研究工作的基础上 ,从材料本身的特性和生长量子点时的外界条件两方面总结了影响量子点生长的各种因素 。

半导体量子点中强耦合磁极化子的性质

采用线形组合算符和么正变换研究了磁场对半导体量子点中强耦合磁极化子基态的影响 .结果表明 ,磁极化子束缚能、磁极化子振动频率随有效束缚强度增大而减小 ,随电子 -体纵光学声子耦合强度增大而增大 ,随磁场强度增大而增大 ,即均由于半导体量子点的受限和磁场的增大而使量子点的极化加强 。

半导体量子点的器件应用

半导体量子点的生长和性质已成为当今研究的热点。以S -K生长模式已成功地生长了无缺陷的半导体量子点。由于其较强的量子效应 ,量子点结构的光电器件和电子器件有望比量子阱结构的器件具有更好的性能。介绍了量子点在光电器件和电子器件中的一些应用 ,包括单电子晶体管、激光器和红外探测器等。

半导体量子点内弹性应变能的研究(英文)

本文用有限元分析软件ANSTS 6 .0计算了半导体量子点内的弹性应变和弹性应变能 ,通过对金塔形、台形和圆顶形量子点内总弹性应变能的计算和总能量的比较 ,得到了在热平衡条件下金字塔形量子点是最稳定的结构。

半导体量子点中双激子的双光子共振吸收

从基本的非线性光学三阶极化率出发 ,分析半导体量子点中双激子的双光子共振吸收三阶极化率 ,得到 2个入射频率光电场和只有 1个入射频率光电场的简并情况下双光子共振吸收三阶极化率 ,讨论了三阶极化率的实部和虚部在双光子共振频率附近的行为 ,随着共振频率宽度的增大 ,三阶极化率的实部和虚部很快减小 。

有序纳米半导体量子点的自组织生长

纳米半导体量子点以其所具有的新颖光电性质与输运特性 ,正在各类量子功能器件中获得成功应用。作为纳米量子点的一种主要制备工艺 ,自组织生长技术正在受到人们的普遍重视。而如何实现具有尺寸与密度可控纳米量子点的自组织生长 ,更为材料物理学家们所广泛关注。因为这是由自组织方法形成的量子点最终能否器件实用化的关键。本文简要介绍了有序纳米量子点的自组织生长及其新近研究进展。

半导体量子点中极化子的有效质量

研究了半导体量子点中极化子的有效质量 .采用改进的线性组合算符方法 ,导出在电子 -体纵光学声子 (L O)强耦合时抛物量子点中极化子的振动频率、相互作用能和有效质量随受限强度和电子 -声子耦合强度的变化 .对Rb Cl晶体量子点进行了数值计算 ,结果表明 ,量子点受限越强 ,半导体量子点中强耦合极化子的振动频率和有效质量就越大 ;极化子的相互作用能随受限强度的增加先急剧增加 ,当达到极值后 。

半导体量子点/聚合物纳米复合材料研究进展

半导体量子点/聚合物纳米复合材料是在分子尺度上形成的先进光电功能材料,其综合了半导体和聚合物材料的各自优点,并呈现出独特的电学、光学和光电子学等特性。根据聚合物中掺杂纳米半导体量子点材料的种类不同,对半导体量子点/聚合物纳米复合材料的制备、分类、器件结构与特性和研究进展进行了概要评述,并展望了其发展趋势。

半导体量子点集成有机发光二极管的光光转换器进展

介绍的光光转换器是新型红外光-可见光转换器件,红外光产生的光生载流子直接注入有机发光二极管产生可见光。以半导体红外探测与有机发光器件单片集成的光光转换器,直接实现了红外光到可见光的集成转换,在红外凝视技术中有极大的应用潜力。综述了无机红外探测与有机发光的光-光转换器的研究进展。

半导体量子点Rabi振荡品质因子及其退相干机制

采用光致发光方法和纳米光谱成像技术,研究了单个半导体量子点中激发态激子的Rabi振荡。观测了在两个延时位相可控的!/2脉冲激发下,激发态激子数随其量子比特位相旋转而振荡的特性。由实验观测结果分析得知此单个半导体量子点量子比特的自由旋转品质因子约为9.8×104,动力旋转品质因子约为18。讨论了激子从浸润层到量子点的俘获过程对Rabi振荡衰减退相干的影响。简要分析了量子点的激子自旋操控和单光子发射统计特性。

半导体量子点对原代培养大鼠牙乳头细胞生物相容性的研究

目的:研究半导体量子点(QDs)对原代培养的大鼠牙乳头细胞(Rat dental papillae cells,RDPCs)的生物相容性。方法:①选择刚出生3天的新生SD大鼠,取出磨牙牙胚,分离牙乳头,用酶消化法培养SD大鼠牙乳头细胞,用波形丝蛋白和细胞角蛋白免疫化学染色鉴定细胞来源,观察细胞的生长规律;②把605QDs、525QDs及两种量子点等浓度的混合物按3种不同浓度与RDPCs共同培养,观察QDs对RDPCs生长和形态的影响;③用MTT法检测不同浓度的605QDs、525QDs及两种量子点等浓度的混合物对RDPCs的毒性作用结果:①:体外培养的RDPCs生长良好,波形丝蛋白染色阳性而细胞角蛋白染色阴性。②不同浓度的605QDs、525QDs及两种量子点的等浓度混合物对体外培养的RDPCs没有毒性作用,对其生长和形态也没有影响。结论:605QDs、525QDs及两种量子点等浓度的混合物在一定的浓度范围内时RPDCs具有良好的生物相容性,为605QDs、525QDs在活体生理条件下用于活细胞内的多通道信号研究提供了科学依据。

半导体量子点-Smad2单克隆抗体荧光探针的制备及其相关性质检测

目的制备半导体量子点-Smad2单克隆抗体荧光探针(QDs-Smad2单抗荧光探针),并对其相关光学性质和特异免疫性识别能力进行检测。方法1)用半导体量子点和Smad2单克隆抗体通过化学偶联法制备水溶性的QDs-Smad2单抗荧光探针并纯化;2)用紫外分光光度计和荧光分光光度计分别测定QDs-Smad2单抗荧光探针的吸收光谱、发射光谱,在激光共聚焦显微镜下观察并检测QDs-Smad2单抗荧光探针的形态、荧光强度和光化学稳定性;3)转化生长因子-β1(TGF-β1)和大鼠牙乳头细胞共同孵育24h后,采用SP免疫细胞化学法和QDs-Smad2单抗荧光探针直接免疫荧光成像法观察比较Smad2信号蛋白分子在大鼠牙乳头细胞内的分布,并检测细胞内QDs-Smad2单抗荧光探针的相关光学性质。结果半导体量子点与Smad2单抗通过共价结合形成稳定的QDs-Smad2单抗荧光探针,QDs-Smad2单抗荧光探针对大鼠牙乳头细胞内Smad2分子具有特异性的识别能力;QDs-Smad2单抗荧光探针仍具有QDs所具有的激发光谱宽,发射光谱窄,荧光度强,光化学稳定性好等优良光学特征。结论生物修饰的半导体量子点和单克隆抗体通过共价结合形成纳米分子探针后仍具有特异免疫识别能力和量子点独特的光学性质,这为半导体量子点用于活细胞内对蛋白质分子进行实时、原位、长时间动态可视化检测提供了科学基础和依据。

半导体量子点的尺寸分布对其荧光的影响

基于量子局域模型，用类似Ｋａｎｅ平均场方法和Ｌｉｆｓｈｉｔｚ几率观点获得半导体量子点体系的光荧光谱．对直径为ｄ的半导体量子点尺寸用对数高斯或高斯分布描述，研究表明：光荧光谱的线型在短波边不对称，与实验观测一致；尺寸服从一定的分布导致光荧光峰红移，可用于获得表观激子束缚能；

玻璃中半导体量子点的有效电场

玻璃中的半导体量子点通常是球形的纳米微粒 ,退极化因子在各方向均为 1/3;借助于介质极化理论的一些一般结果 ,得到球形量子点内的有效电场 ;量子点内的有效电场与玻璃中的电场成正比 ,比例系数决定于玻璃和半导体量子点的介电常数 .

半导体量子点对口腔鳞癌BcaCD885细胞生长、侵袭和转移能力影响的体外研究

目的:研究半导体量子点(QDs)对口腔鳞癌BcaCD885细胞的生长、侵袭、粘附和趋化运动能力的影响。方法:①用不同浓度的QDs与BcaCD885共培养,观察QDs对BcaCD885细胞生长的影响;②用QDs标记BcaCD885细胞(BcaCD885/QDs),然后用transwell小室法和冲刷实验,观察BcaCD885/QDs细胞侵袭、粘附和趋化运动能力的变化。结果:①不同浓度的QDs均未影响BcaCD885细胞的生长情况;②BcaCD885/QDs细胞和BcaCD885细胞的侵袭、粘附和趋化运动能力无显著性差异(P﹥0.05)。结论:用QDs标记BcaCD885细胞后不影响其生长、侵润和转移能力,为半导体量子点在活体生理条件下用于肿瘤学的研究提供了科学依据。

声子之间相互作用对半导体量子点中磁极化子性质的影响

研究了半导体量子点中磁极化子的性质.采用线性组合算符和微扰法,导出了半导体量子点中磁极化子的基态能量.在计及电子在反冲效应中发射和吸收不同波矢的声子之间相互作用时,讨论了对半导体量子点中磁极化子的基态能量的影响.通过数值计算表明,半导体量子点中磁极化子的基态能量随量子点的有效受限长度的减小而迅速增大,随磁场的增加而增加,对于弱磁场声子之间相互作用的影响不能忽略.