PbS膠體量子點（CQDs）由于具有帶隙寬、可調(diào)諧及溶液可加工性強等優(yōu)點，廣泛應用于氣體傳感、太陽能電池、紅外成像、光電探測及片上光源的集成光子器件中。然而，PbS CQDs普遍存在發(fā)射效率低和輻射方向性差的問題，因而科學家嘗試利用半導體等離子體納米晶或全介質(zhì)納米諧振腔來增強PbS CQDs的近紅外熒光發(fā)射，使其成為更高效、更快的量子發(fā)射器。然而，普遍存在光場限制能力弱、Q值低的問題。 g+CHF?O  
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近日，中國科學院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所研究員武愛民團隊與浙江大學副教授金毅團隊合作，將BIC引入到PbS CQDs發(fā)光應用，提出了支持對稱保護BIC的硅超表面通過激發(fā)相鄰的高Q泄露導波模式來增強室溫下PbS CQDs的自發(fā)輻射的方案，實現(xiàn)了硅基量子點近紅外片上發(fā)光。 PRUGUHY  
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該超表面由亞波長尺寸的硅棒周期性排列而成（圖a），結(jié)構(gòu)具有各向異性且與偏振相關(guān)。它的反射率是入射光角度和波長的函數(shù)。當TE偏振激發(fā)時，對稱保護型BIC會出現(xiàn)在布里淵區(qū)的Γ點處（圖b），對應的電場分布如圖c所示。研究基于洛倫茲擬合方法分別從仿真和實驗反射譜中提取出Q值曲線（圖d），兩者趨勢一致，且激發(fā)的高Q導波模式可以有效的增強量子點的發(fā)射。由圖1e的實驗結(jié)果可以看出，制備的超表面使包覆的PbS CQDs的熒光輻射顯著增強，且在波長1408 nm處的發(fā)射峰的Q值高達251。進一步，科研人員利用實驗簡單演示了該系統(tǒng)的傳感潛力。該工作將稀疏度為4/1000 μm²、直徑為60 nm的Au納米顆粒隨機分布在涂敷PbS CQDs的超表面頂部，通過與不含Au納米顆粒的樣品相比，PL峰從1408 nm紅移到1410 nm，且強度出現(xiàn)明顯的增強（圖f）。該研究為實現(xiàn)支持BIC的介電超表面可以有效地增強PbS CQDs的發(fā)射性能提供了設(shè)計指導與實驗驗證，并為PbS CQDs在硅基片上光源和集成傳感器等各種實際應用提供了新思路。 @F1pu3E  
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該團隊提出的基于BIC超表面增強PbS CQDs近紅外發(fā)射的新方法，是一種普適、高效、功能廣泛的方法。該方法證明了BIC系統(tǒng)在熒光增強方面的有效性。它是提高PbS膠體量子點在光源和熒光傳感器等各種應用中的最好選擇之一。通過提高制造精度或者合并的BIC可進一步提高增強效果，并可以通過改變幾何尺寸來調(diào)節(jié)工作波長。這種無源超表面結(jié)構(gòu)可以在商用CMOS平臺上以簡單的工藝制造，因而它可以結(jié)合到硅光子集成中，用于硅基片上光源以及熒光傳感器，在多通道通信、近場傳感和紅外成像等領(lǐng)域均有廣闊的應用前景。 {oZ]1Qf_  
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相關(guān)研究成果以Fluorescence Enhancement of PbS Colloidal Quantum Dots from Silicon Metasurfaces Sustaining Bound States in the Continuum為題，在線發(fā)表在《納米光子學》（Nanophotonics）上。研究工作得到國家重點研發(fā)計劃、中國科學院青年創(chuàng)新促進會、上海市學術(shù)帶頭人項目和國家自然科學基金的支持。 /za,&7sf  
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論文鏈接：https://doi.org/10.1515/nanoph-2023-0195