《自然》：纳米晶体带来“五彩”激光

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《自然》：纳米晶体带来“五彩”激光
新型激光更经济有效，有望促进化学传感器和光通信设备发展

作者：任霄鹏 来源：科学网 www.sciencenet.cn


图片说明：除常见的红光外，新型纳米晶体将产生多种颜色的激光。
（图片来源：ISTOCKPHOTO/ANATOLY VARTANOV）


从家用DVD机到超市的条形码扫描器，我们日常使用的电子激光一般都是红色的。不过，科学家对纳米半导体晶体的一项最新研究，为制造廉价的“五彩”激光开辟了一条新的道路。该研究成果发表在5月24日的《自然》杂志上。

激光的颜色取决于发光材料。一般情况下，半导体中电子两个能级间的能隙（band gap）决定着激光的波长。但是，该研究的领导者——美国洛斯阿拉莫斯国家实验室（Los Alamos National Laboratory）物理学家Victor Klimov表示，在纳米晶体中，能隙会随着晶体薄片的尺寸大小改变——尺寸越小，能隙越大，这为多种颜色激光的实现奠定了基础。

研究中真正的挑战是使纳米晶体中的多数电子处于激发状态，因为只有这样，纳米晶体才能在入射光子的作用下产生放大的相干光。而在双层纳米晶体中，受激电子对中的一个电子往往会在被光子击中前就自然跃迁到低能级状态，因此无法形成激光。

为了解决这一问题，Klimov和同事将纳米晶体分裂为硫化镉核和硒化锌壳，前者能够使受激电子维持2纳秒。由于这一时间是一般情况的50倍，因此足以让外界光子击中受激电子。



图片说明：不同尺寸的纳米晶体在紫外光下会发出不同颜色的激光。
（图片来源：SERGEI IVANOV, Los Alamos National Laboratory）

美国罗彻斯特大学（University of Rochester）的化学家Todd Krauss表示，与今天普遍应用的激光相比，纳米晶体激光将更加经济、有效和通用，它将有望促进化学传感器和光通信设备的发展。（科学网 任霄鹏/编译）