巴西坎皮納斯大學研究人員與美國合作者，提供了關于鈣鈦礦量子點基礎物理學的新穎見解。相關文章近日發(fā)表在《科學進展》上。

 研究人員將鈣鈦礦納米材料分散在己烷中，用激光輻照制備。圖片來源：Luiz Gustavo Bonato

 

量子點是人造納米半導體材料，僅由幾千個原子組成。由于原子數(shù)量很少，量子點的特性介于單個原子或分子和具有大量原子的大塊材料之間。通過改變納米顆粒的大小和形狀，有可能微調量子點的電子和光學特性——電子如何結合并在材料中移動，以及光如何被它吸收和發(fā)射。

 

然而，當光被一種材料吸收時，電子被提升到更高的能級，當它們回到基本狀態(tài)時，每個電子都可以向環(huán)境釋放一個光子。在傳統(tǒng)的量子點中，電子返回基本態(tài)的過程會受到各種量子現(xiàn)象的干擾，從而延遲光向外界的發(fā)射。

 

以這種方式禁錮電子，即所謂的“暗態(tài)”，阻礙了光的發(fā)射，與之形成對比的是，電子可以迅速回到基本態(tài)，從而更有效、更直接地發(fā)射光，即“亮態(tài)”。在一種由鈣鈦礦制成的新型納米材料中，這種延遲可以縮短，這引起了材料科學研究人員的極大興趣

 

這里，研究人員使用了相干光譜學，能夠在數(shù)百億納米材料的集合中分別分析每個納米材料中的電子行為。這項研究結合了一種相對較新的納米材料——鈣鈦礦——和一種全新的檢測技術。

 

研究人員能夠驗證亮態(tài)和暗態(tài)之間的能量排列，并表明這種排列如何取決于納米材料的大小。他們還在這些狀態(tài)之間的相互作用方面有了發(fā)現(xiàn)，為這些系統(tǒng)在其他技術領域的使用提供了機會，比如量子信息。

 

巴西團隊負責人Lázaro Padilha Junior說，由于鈣鈦礦的晶體結構，亮度形成三能級。這為激發(fā)和電子返回基態(tài)提供了各種途徑。通過分析每一個亮態(tài)的壽命和樣品發(fā)出的信號的特征，我們得到了證據(jù)，暗態(tài)是存在的，但位于比三個亮態(tài)中的兩個更高的能級。這意味著，當光線照射到樣品上時，激發(fā)的電子只有在處于最高亮能級時才會被捕獲，然后轉移到暗態(tài)。如果它們占據(jù)較低的亮度，它們就能更有效地回到基本狀態(tài)。

 

專家認為，該結果非常重要，因為材料的光學特性及其電子行為的知識為半導體光學和電子學新技術的發(fā)展提供了機會。鈣鈦礦的加入極有可能成為下一代電視機最顯著的特征。