新墨西哥州洛斯阿拉莫斯国家实验室的科学家已将精心设计的胶体量子点结合到一种新型LED中，该新型LED包含集成的光学谐振器，从而使LED能够充当激光器。研究人员展示了一种可操作的LED，该LED还可以用作光泵浦的低阈值激光器。为了实现这些目标，他们将光谐振器直接集成到LED架构中，而不会阻碍电荷载流子流入量子点发射层。通过仔细设计其多层器件的结构，研究人员将发射光限制在跨度为50 nm的超薄量子点介质内。这是获得激光效果并同时允许电流有效激发量子点的关键。最后一个成分是可用于激光应用的、独特的量子点。Los Alamos团队根据多年来对这些纳米结构化学和物理的研究开发了这种量子点配方。

这些是在LED模式下运行的胶体量子点。 图片由洛斯阿拉莫斯国家实验室提供。

据研究人员称，这些双重功能的设备为多功能、易于制造的激光二极管扫清了道路。该技术可能会改变从光子学和光电子学到化学传感和医学诊断的众多领域。洛斯阿拉莫斯国家实验室量子点小组负责人Victor Klimov表示：“这项最新突破以及我们在量子点化学和器件工程领域取得的其他最新进展表明，由溶液组装而成的激光二极管可能很快成为现实。”量子点显示器和电视机已经可以作为商业产品使用。胶体量子点激光器似乎排在下一个。”

胶体半导体量子点为制作集成的无机半导体电子和光电子器件提供了机会。现代半导体激光二极管需要复杂的、基于真空的逐层沉积技术制造。而胶体量子点激光器可以在条件不那么苛刻的实验室和工厂生产。除了简化制造流程，降低生产成本，胶体量子点技术有利于拓展激光技术应用的领域，包括集成光子电路、光学电路、芯片上的实验室平台和可穿戴设备。

在过去的二十年中，洛斯阿拉莫斯量子点团队一直致力于基于通过胶体化学制备的半导体纳米晶体的激光器件的基础和应用方面研究。这些粒子（也称为胶体量子点）可以很容易地从其本机溶液环境中进行加工出来，以创建各种光学、电子和光电设备。此外，它们可以针对激光应用进行“尺寸调整”，以产生现有半导体激光二极管无法获得的颜色。

目前，洛斯阿拉莫斯州的科学家正在应对尚存的挑战，这是将电流密度提高到足以获得所谓的粒子数反转的水平，即量子点活性介质变成光放大器时的状态。

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