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可切換色彩的最小光源  一種由兩個耦合量子點組成的納米粒子，每個量子點都能發(fā)出不同顏色的光。施加外部電壓會產(chǎn)生一個電場，該電場能將光從一側發(fā)射到另一側，從而在保持整體光強度的同時切換發(fā)射顏色。圖片來源：Ehsan Faridi 和 Ehsan Keshavarzi 的作品 - Inmywork 工作室 通過開發(fā)一種由兩個耦合半導體納米晶體組成的"人造分子"系統(tǒng)，該系統(tǒng)可發(fā)出兩種不同顏色的光，從而實現(xiàn)了快速、瞬時的顏色切換。 彩色光及其可調性是現(xiàn)代許多重要技術的基礎，包括照明、顯示器、快速光纖通信網(wǎng)絡等。將彩色發(fā)光半導體提升到納米級（納米--十億分之一米，比人的頭發(fā)小十萬倍）后，一種被稱為量子約束的效應開始發(fā)揮作用：改變納米晶體的大小可以改變發(fā)射光的顏色。因此，可以獲得覆蓋整個可見光譜的明亮光源。 由于這種納米晶體具有獨特的色彩可調性，而且可以利用濕化學方法方便地制造和操作，因此已被廣泛應用于高品質的商業(yè)顯示器中，使其具有出色的色彩質量和顯著的節(jié)能特性。然而，時至今日，要實現(xiàn)不同的顏色（如不同的 RGB 像素所需的顏色），需要為每種特定的顏色使用不同的納米晶體，而且無法在不同顏色之間進行動態(tài)切換。 雖然之前已經(jīng)研究過單個膠體納米晶體的顏色調節(jié)，并在光電設備原型中實現(xiàn)了這種"人造原子"，但主動改變顏色一直是個挑戰(zhàn)，因為這種效果本身會降低亮度，只能產(chǎn)生輕微的顏色偏移。 研究小組克服了這一限制，創(chuàng)造了一種具有兩個發(fā)射中心的新型分子，電場可以調節(jié)每個中心的相對發(fā)射，從而改變顏色，但不會失去亮度。這種人造分子可以使其組成納米晶體中的一個發(fā)射"綠光"，而另一個發(fā)射"紅光"。 這種新型雙色發(fā)光人造分子的發(fā)射對誘導電場的外部電壓很敏感：一個極性的電場會誘導"紅色"中心發(fā)光，而將電場切換到另一個極性時，顏色發(fā)射會瞬間切換為"綠色"，反之亦然。這種顏色切換現(xiàn)象是可逆和即時的，因為它不包括分子的任何結構運動。因此，只需在設備上施加適當?shù)碾妷�，就能獲得這兩種顏色中的每一種，或它們的任意組合。 這種在光電設備中精確控制顏色調節(jié)同時保持強度的能力，為各個領域帶來了新的可能性，包括顯示器、照明和具有可調顏色的納米級光電設備，以及作為敏感場傳感工具用于生物應用和神經(jīng)科學以跟蹤大腦活動。此外，它還可以主動調節(jié)單光子源的發(fā)射顏色，這對未來的量子通信技術非常重要。 耶路撒冷希伯來大學的 Uri Banin 教授解釋說："我們的研究是光電子學納米材料領域的一大飛躍。在我們的研究小組幾年前提出的"納米晶體化學"理念中，納米晶體是具有令人興奮的新功能的人造分子的構件，這是我們在闡述這一理念方面邁出的重要一步。我們所實現(xiàn)的在納米尺度上快速、高效地轉換顏色的能力具有巨大的可能性。它可以徹底改變先進的顯示器，并創(chuàng)造出可切換顏色的單光子源"。 通過利用這種具有兩個發(fā)射中心的量子點分子，可以利用相同的納米結構產(chǎn)生幾種特定顏色的光。這一突破為開發(fā)用于探測和測量電場的靈敏技術打開了大門。它還實現(xiàn)了新的顯示屏設計，可以單獨控制每個像素產(chǎn)生不同的顏色，將標準的 RGB 顯示屏設計簡化為更小的像素，從而有可能提高未來商業(yè)顯示屏的分辨率并節(jié)約能源。 電場誘導色彩切換技術的這一進步在改變設備定制和現(xiàn)場傳感方面具有巨大潛力，為未來激動人心的創(chuàng)新鋪平了道路。 |
