《科學》雜志文章中描述的許多進展都起源于洛斯阿拉莫斯實驗室，包括膠體量子點激光的首次演示、載流子倍增的發現、對量子點發光二極管 ( LEDs ) 和發光太陽能聚光器的開創性研究，以及最近對單點量子發射器的研究。

 

利用現代膠體化學，量子點的尺寸和內部結構可以用接近原子的精度操縱，這允許高度精確地控制它們的物理性質，從而控制在實際設備的行為。

 

在膠體量子點的實際應用中，一些正在進行的努力已經開發出了其發射顏色的尺寸可控可調性和接近理想的 100% 極限的高發射量子產率。這些特性對屏幕顯示和照明技術很有吸引力，在這些技術中量子點被用作顏色轉換熒光粉。與現有的熒光粉材料相比，由于其窄帶、光譜可調的發射，量子點允許提高顏色純度和更完整的覆蓋整個顏色空間。其中一些設備，如量子點電視，已經達到技術成熟，并可在商業市場上使用。

 

下一個前沿是制造技術可行的 Led，由電驅動的量子點提供動力。《科學》評論描述了實現這些設備的各種方法，并討論了現有的挑戰。量子 Led 已經達到了令人印象深刻的亮度和近乎理想的效率，接近理論定義的極限。這一進展的主要推動力是對性能限制因素 ( 如無輻射俄歇復合 ) 的不斷了解。

 

文章還討論了可解決的量子點激光器的現狀和面臨的挑戰。

 

制造這些激光器將有利于一系列技術，包括集成光子電路、光通信、芯片實驗室平臺、可穿戴設備和醫療診斷。

 

洛斯阿拉莫斯實驗室的研究人員在這一領域取得了關鍵進展，包括闡明了膠體納米結構中的光放大機制，以及首次演示了使用這些材料的激光效應。

 

量子點在太陽能收集和光傳感技術方面也有很大的潛在用途。由于它們的帶隙可調，可以被設計成特定波長范圍的目標，這對于實現廉價的紅外光譜范圍的光電探測器特別有吸引力。在太陽能技術領域，膠體量子點已被開發為太陽能電池和發光太陽能收集器的活性元素。

 

在光伏 ( PV ) 的情況下，量子點方法可以用來實現新一代廉價的薄膜光伏器件，通過可擴展的基于解決方案的技術，如滾 - 滾加工。此外，它們還可以從概念上實現新的光轉換方案，這種方案來源于超小 " 量子限制 " 膠體粒子特有的物理過程。其中一個過程，載流子倍增，通過吸收一個光子產生多個電子 - 空穴對。2004 年，洛斯阿拉莫斯的研究人員首次報道了這一過程，在 PV 和太陽光化學應用的背景下，這一過程一直是激烈研究的主題。

 

洛斯阿拉莫斯的研究人員在 LSC 領域取得了許多重要進展，包括開發解決光自吸收問題的實用方法，以及開發高效的雙層 ( 串聯 ) 器件。包括實驗室附屬公司 UbiQD Inc. 在內的幾家初創企業一直在積極尋求量子點 LSC 技術的商業化。


 

論文來源：

 

https://science.sciencemag.org/content/373/6555/eaaz8541