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中科院理化所吴雨辰研究员、NUS凤建岗博士《Adv. Mater.》：可控组装胶体量子点微纳结构用于多功能光学器件

时间：2022-06-11 来源：浏览：

中科院理化所吴雨辰研究员、NUS凤建岗博士《Adv. Mater.》：可控组装胶体量子点微纳结构用于多功能光学器件

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#胶体量子点 1 个

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#集成光学器件 1 个

#激光 1 个

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无机半导体的微纳结构组装凭借其优异的性能在电子学、光子学和光电子学中均引发了广泛关注。相比于传统无机半导体，胶体量子点 (CQDs) 作为一种可溶液加工的材料，微纳加工中不会受限于晶格失配和过高的生长温度，因此在激光、波导和光电探测等领域具有广阔的应用前景。然而，基于溶液法加工的 CQDs 光子学元件仍难以抑制缺陷的产生和无序的堆积，因此容易造成光学损耗，进而限制了其多功能光学器件的集成制备。

中科院理化所吴雨辰研究员与新加坡国立大学凤建岗博士在《 Advanced Materials 》上发表了题为“ Deterministic Assembly of Colloidal Quantum Dots for Multifunctional Integrated Photonics ”的文章（ DOI ： 10.1002/adma.202110695 ），论文的第一作者是理化所博士研究生赵昱焱。该工作利用微柱结构诱导产生毛细液桥，从而实现了高分辨率光学微结构阵列的制备。由于毛细液桥的前端存在弯液面，因此能够产生定向的拉普拉斯压力，从而可以对抗液体钉扎导致的液体粘滞，实现连续而可控的退浸润过程，并最终促使胶体量子点有序组装。通过该方法，在各种不同的基底上，使用不同种类的量子点，制备了多种形貌复杂、尺寸可控的光学器件结构阵列，由此证明了该方法的普适性和可靠性。利用该方法，制备了低损耗光波导，模式可调的回音壁谐振腔激光器，以及微环 - 波导耦合的结构。文中也展示了利用该方法制备的集成光学回路进行光学信号转换的功能。该方法为以溶液可加工材料为原料制备集成光学结构提供了新思路。

图 1 . 单向的拉普拉斯压力诱导了连续可控的退浸润及粒子组装。 a ) 制备方法示意图， b ) 液桥前端的拉普拉斯压力抵消钉扎导致的粘滞力， c ) 制备的大面积微米线阵列， d) 不同宽度液桥显微镜照片， e ) 不同宽度液桥退浸润过程中的长度变化， f ) 不同宽度液桥退浸润速率随时间的变化， g ) 不同宽度液桥退浸润速率分布统计

图 2 . a ) 制备得到了多种微结构阵列， b ) 不同种类的量子点组装得到的微结构阵列， c ) 与 b ) 对应的不同种类量子点的荧光发射光谱

图 3 . 分步退浸润制备微米环 - 波导耦合结构。 a ) 制备示意图， b ) 微米环与波导之间的狭缝， c -d) 光学模拟狭缝存在与否对电磁场强度分布的影响， e ) 制备该结构过程中液桥退浸润过程示意图。

图 4 . a ) 微米环谐振腔激光发射谱及阈值曲线， b) 不同直径谐振腔激光发射谱， c ) 米字型分束器显微镜照片， d ) 不同输出端口的荧光光谱， e ) 微米环 - 谐振腔耦合结构显微镜照片， f ) 谐振腔激光发射谱及波导端口输出的激光发射谱。

图 5 . a ) 量子点自组装集成光学结构阵列， b ) 光学回路示意图，包含四个谐振腔，光波导以及米字型分束器， c ) 谐振腔激光发射谱， d) 非对称的激光信号输出， e ) 非对称激光信号输出的显微镜照片， f-g ) 不同端口输出的激光光谱， h ) 信息转换过程中输入与输出的关系示意图， i ) 四种输出场景的显微镜照片， j ) 信号转换示意，将一串光学信号转换为“ Hello ， world! ” .

原文链接

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202110695

中科院理化所吴雨辰研究员、NUS凤建岗博士《Adv. Mater.》：可控组装胶体量子点微纳结构用于多功能光学器件

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