美國研究人員最近發現，膠體奈米微板(nanoplatelet)中的電子與電洞行為類似量子井(quantum well)內的電子電洞。這個研究結果意味著此奈米微板可能跟量子井(quantum well)一樣具備在光電領域中的應用價值，而且還多了製作成本低且易於量產的優勢。
量子井是由半導體薄層所構成，其電荷載子(電子與電洞)在某一方向上受到侷限，但在其他兩個維度上可自由移動。此結構使得量子井具有可調的電子能隙，並且能強烈吸收與發射光子，因此適合製作光調制器、光探測器以及太陽電池等。量子井也可以作為半導體雷射中的增益介質。然而，量子井的製作不易，需要使用昂貴的晶體成長方法如分子束及有機金屬氣相磊晶法。相較之下，使用化學溶液製作的膠體奈米微板便顯得簡單許多。
奈米微板為半導體奈米微晶構成的薄片，厚度僅有數個原子層，大小則為數百奈米。因此，在這些結構內的電荷載子行為如同在量子井中一般。不過雖然先前已有研究證明此現象，但這當中仍有些實驗結果並不一致。
由阿岡(Argonne)國家實驗室的Matthew Pelton及芝加哥大學的Dmitri Talapin領導的伊利諾團隊，利用時間/頻率解析光致發光實驗來測量奈米微板內電荷載子的鬆弛速度。研究人員以硒化鎘(CdSe)奈米微板進行實驗，其厚度可控制到只有單原子厚。他們利用超快雷射脈衝激發此奈米微板，接著測量隨後發光隨時間的變化及發光頻率。Pelton說明，發出的光子頻率直接對應微板內產生光子的載子能量，因此藉由觀察光子能量如何隨時間分佈，就能獲得電荷載子能量對時間的分佈。實驗結果顯示奈米微板內的電荷載子藉由快速鬆弛進行冷卻，亦即與量子井相同。
量子井已經廣泛使用於光電應用產業上數十年，而這項研究結果意味著膠體奈米微板亦能應用在這些領域中，而且還有的製作成本低廉且易於大量生產的優勢。立即的應用之一就是用來製作低成本的新型半導體雷射，其運作方式將會類似利用高能載子進行快速鬆弛的量子井雷射。
該團隊目前正進一步探討奈米微板的結構如何影響高能載子的鬆弛行為，他們也計畫驗證這些微板是否真的適合作為雷射材料。詳見近期的Nano Letters | DOI: 10.1021/nl302986y。
原始網站: http://nano.nchc.org.tw/
譯者:劉家銘(逢甲大學光電學系)
責任編輯:蔡雅芝