针对透明衬底上紫外共振金属纳米阵列制备的技术需求，在不导电石英衬底上，采用电子束曝光制备Al纳米阵列，并对其形貌及性能进行研究。在电子束曝光过程中，引入Cr金属层克服衬底不导电问题。采用曝光剂量测试和加工参数调节优化纳米棒形貌。采用时域有限差分法分析Al纳米棒在325 nm紫外光激发下的电场分布，并以Langmuir-Blodgett（L-B）技术将CdSe/ZnS量子点沉积在Al纳米阵列表面进一步明确其荧光增强性能。结果表明，1 200 μc/cm2剂量下制备的Al纳米棒尺寸分布均匀，最终获得了取向互相垂直的四个区域集成的Al纳米阵列。光学性质分析表明，Al纳米棒阵列可使CdSe/ZnS量子点的荧光强度增强约1.7倍。仿真结果表明，紫外光辐照下Al纳米棒末端电场强度明显高于纳米棒两侧，明确了量子点发光增强机理。成功在不导电衬底上获得多取向集成的、对量子点具有显著荧光增强效果的Al纳米阵列，为背光激发下量子点发光调控和偏振调制提供了一种新策略。
透明衬底 量子点 荧光增强 时域有限差分法 transparent substrate quantum dots fluorescence enhancement FDTD method 光学 精密工程
2023, 31(14): 2052
1 长春理工大学 物理学院, 吉林 长春 130022
2 纳米光子学与生物光子学吉林省重点实验室, 吉林 长春 130022
为了利用可见光学元件实现对紫外偏振光的高性能探测，制备了CsPbBr3纳米晶/金属线栅复合薄膜，并通过向其表面沉积Al2O3钝化层提高了薄膜荧光稳定性，获得了紫外激发下偏振敏感的钙钛矿纳米晶薄膜绿色荧光。测试结果表明，以高温热注入法获得的CsPbBr3纳米晶为立方晶系结构，形貌呈方形，尺寸约39 nm。以紫外光激发纳米晶胶体溶液可在530 nm处观测到明显的绿色荧光。以自组装方法获得的CsPbBr3纳米晶/金属线栅复合薄膜荧光发光强度随紫外激发光的偏振方向呈周期性变化，其发光偏振度约为0.54。以原子层沉积技术向此复合薄膜表面沉积Al2O3层可明显提高其荧光强度，钝化后复合薄膜的发光偏振度仍可达0.36。以上结果表明，表面钝化和引入金属线栅方法可分别优化钙钛矿纳米晶薄膜的荧光稳定性和荧光偏振度，所获得的紫外偏振敏感的CsPbBr3纳米晶复合薄膜在紫外偏振探测以及液晶显示等领域具有重要的应用价值。
CsPbBr3纳米晶 表面钝化 荧光增强 偏振 CsPbBr3 nanocrystals surface passivation fluorescence enhancement polarization 红外与激光工程
2023, 52(2): 20220371
长春理工大学理学院高功率半导体激光器国家重点实验室，吉林 长春 130022
为了能够得到高质量的薄膜，降低实验成本，通过化学气相沉积（CVD）方法以GaTe粉作为Ga源在云母衬底上合成了β-Ga2O3薄膜。通过改变生长温度、载气和生长时间得到高结晶质量的β-Ga2O3薄膜，并通过X射线衍射（XRD）和拉曼光谱进行证实。XRD结果显示，薄膜的最佳生长温度为750 ℃。对比不同载气下合成的β-Ga2O3薄膜可知，Ar气是生长薄膜材料的最佳环境。为了实现高结晶质量的β-Ga2O3薄膜，在Ar气环境下改变薄膜的生长时间，XRD结果发现，生长时间20 min的薄膜具有高结晶质量。最后，将其转移到300 nm厚氧化层的Si/SiO2衬底上，并通过原子力显微镜测试，证实了16 nm厚的二维Ga2O3薄膜。
薄膜 化学气相沉积 云母衬底 高结晶质量 二维β-Ga2O3薄膜 激光与光电子学进展
2022, 59(19): 1931003
1 长春理工大学高功率半导体激光器国家重点实验室，吉林 长春 130022
2 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所发光与应用国家重点实验室，吉林 长春 130021
3 长春理工大学物理学院，吉林 长春 130022
ZnO由于其优异的光电性能，在紫外光探测领域引起了广泛的关注。采用CdSe量子点修饰ZnO微米线，提高了其响应速度和响应度。ZnO和CdSe之间形成的内置电场加速了光生电子空穴对的分离，显著增加了光电流。同时，ZnO和CdSe形成了II型能带结构，加速了载流子输运，使响应时间显著减少。此外，温度相关的电流-电压曲线表明，随着温度的升高，ZnO表面态俘获的载流子从表面陷阱态逃逸，降低了表面态的影响，提高了响应速度。结果显示，CdSe量子点修饰的ZnO微米线光电探测器的上升时间为1.4 s，几乎比ZnO光电探测器小一个数量级。这些优异的光电性能表明，量子点修饰是提高光电探测器性能的重要方法。
材料 光电探测器 氧化锌微米线 CdSe量子点 表面态 中国激光
2022, 49(13): 1303001
1 长春理工大学 高功率半导体激光国家重点实验室, 吉林 长春 130022
2 长春理工大学 理学院, 吉林 长春 130022
采用分子束外延技术(MBE)在Si(111)衬底上生长了非掺杂和Si掺杂砷化镓(GaAs)纳米线(NWs)。通过扫描电子显微镜(SEM)证实了生长样品的一维性; 通过X射线衍射(XRD)测试和拉曼光谱(Raman)证实了掺杂GaAs纳米线中Si的存在; 通过光致发光(PL)研究了非掺杂和Si掺杂GaAs纳米线的发光来源, 掺杂改变了GaAs纳米线的辐射复合机制。掺杂导致非掺杂纳米线中自由激子发光峰和纤锌矿/闪锌矿(WZ/ZB)混相结构引起的缺陷发光峰消失。
光谱学 GaAs纳米线 Si掺杂 光致发光 分子束外延 spectroscopy GaAs nanowires Si doping photoluminescence MBE
为了明确溶剂对MoS2量子点发光的影响, 以液相剥离法在N-甲基吡咯烷酮(NMP)与1,2-二氯苯(DCB)的混合溶剂中制备了MoS2量子点, 并采用透析的方法对照研究了溶剂及含有MoS2量子点的溶液的发光性质。结果表明, 量子点尺寸分布均匀, 粒径约2.4 nm。拉曼光谱中可在381 cm-1和406 cm-1处观察到MoS2材料的E12g和A1g拉曼特征峰。光学性质分析表明, MoS2量子点的存在造成了260～400 nm附近紫外光吸收的明显变化, 且混合溶剂中的MoS2量子点荧光发射波长对激发波长表现出严重的依赖性。以水为外部环境的透析实验结果表明, 透析后DCB溶剂的HOMO能级会导致MoS2量子点在442 nm附近的发光出现多个发射峰, 但其发光波长不再随激发波长而改变, 进而说明有机溶剂中MoS2量子点发光对激发波长的依赖性是由于有机溶剂在紫外光激发下发光造成的。
MoS2量子点 紫外可见吸收谱 荧光发射谱 光学性质 MoS2 quantum dots UV-Vis absorption spectroscopy emission spectroscopy optical properties
1 长春理工大学 高功率半导体激光国家重点实验室, 吉林 长春 130022
2 吉林大学 物理学院, 吉林 长春130012
3 哈尔滨师范大学 光电带隙材料省部共建教育部重点实验室, 黑龙江 哈尔滨150025
4 中国科学院 苏州纳米技术与纳米仿生研究所, 江苏 苏州215123
ZnO/ZnS核壳纳米结构因具有优异的光电特性, 在光电子领域极具应用前景, 其依靠核壳结构界面处载流子的束缚效应可更加有效地控制载流子的产生、传输和复合过程。为讨论ZnO/ZnS核壳结构界面状态及其相应的光学特性, 生长了不同程度硫粉硫化的ZnO/ZnS核壳纳米线, 再利用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)及光致发光光谱(PL)等测试表征手段, 分析并讨论经过不同程度硫粉硫化后的ZnO/ZnS核壳纳米线界面处的结构及其光学性质的变化。通过分析ZnO/ZnS核壳结构形貌发现, ZnS成功包覆ZnO纳米线。随着硫化程度的增加, ZnO核结构被破坏, 并在核壳界面处引入缺陷, 导致形成具有不同结晶质量的ZnO/ZnS核壳纳米线结构, 从而会影响ZnO/ZnS核壳纳米线的光学性质。结果表明, ZnO/ZnS核壳界面处缺陷较少时, 对载流子的产生和传输具有一定的束缚作用, 可以抑制非辐射复合效应, 提高材料光学性能; 当界面缺陷增加时, 形成的缺陷能级则会降低材料的光学性能。
核壳纳米结构 束缚态能级 界面缺陷 光致发光 core-shell nanostructures localized states interface defects photoluminescence
为了利用可见光激发下半导体拉曼散射信号实现生物检测, 以窄带隙的MoS2材料构建了拉曼免疫标记探针, 用于实现对人IgG分子的高特异性识别。首先, 运用液相剥离法分别获得了MoS2和WS2微米材料, 以加热陈化处理分析了温度对532 nm激发下样品拉曼散射信号强度的影响。之后借助3-巯基丙酸修饰向MoS2材料表面引入羧基, 进而获得了可用于免疫检测的拉曼探针。最后, 以“抗体-待测物-抗体”的三层结构分析了基于MoS2拉曼散射的免疫检测性能。实验发现适当温度下加热陈化处理可增强过渡金属二硫化物的拉曼散射强度(70 ℃下最优)。多组对照实验结果表明, 免疫检测生物芯片的拉曼信号强度随人IgG浓度的升高而升高, 最终趋于饱和, 最低浓度的检测限达到1 fM, 实现了可见光激发下利用半导体拉曼散射信号对目标分子的高灵敏度、高特异性免疫检测。
生物检测 过渡金属二硫化物 拉曼散射 温度 免疫球蛋白 bioinstrumentation transition metal dichalcogenides Raman scattering temperature immunoglobulin
