科学家开发“原子交换”新技术 可用于制造更有效的低成本发光材料

这种“原子互换”，或者说掺杂，导致电荷载流子卡在材料晶体结构的一个特定部分，在那里它们重新结合并发光。《美国化学会志》报道的这一结果可能对低成本的可打印和柔性的LED照明、智能手机的显示屏或廉价激光器很有用。

许多日常应用现在都使用LED，如家庭和商业照明、电视屏幕、智能手机和笔记本电脑。LED的主要优点是它们的能源消耗远远低于旧技术。最终，我们通过互联网进行的全球通信也是由来自非常明亮的光源的光信号驱动的，这些光源在光纤内以光速在全球范围内传输信息。

该团队研究了一类新的半导体，称为卤化物钙钛矿，其形式为纳米晶体，其厚度仅为人类头发的万分之一。这些“量子点”是高度发光的材料：第一台含有量子点的高亮度QLED电视最近上市了。

剑桥大学的研究人员与哈佛大学的Daniel Congreve小组合作，后者是制造量子点的专家，现在已经大大改善了这些纳米晶体的发光效果。他们将每1000个原子中的一个换成另一个–将铅换成锰离子–并发现量子点的发光能力提高了两倍。

使用激光光谱学的详细调查揭示了这一观察结果的来源。该研究的第一作者、剑桥大学卡文迪许实验室的Sascha Feldmann说：“我们发现电荷在我们掺入的晶体区域聚集在一起。一旦定位，这些高能电荷就能彼此相遇并重新结合，以一种非常有效的方式发出光。”

研究高级作者Felix Deschler说：“我们希望这一引人入胜的发现：即使是化学成分的最小变化也能大大增强材料的特性，这将为在不久的将来实现廉价和超亮的LED显示屏和激光器铺平道路，”他是卡文迪许实验室和慕尼黑工业大学Walter Schottky研究所的共同成员。

在未来，研究人员希望能找到更有效的掺杂物，这将有助于使这些先进的光技术能够被世界上的每一个地方所接受。