近日，中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院碳中和所丁寶福團(tuán)隊(duì)在Light: science & application上，以A multifunctional optoelectronic device based on 2D material with wide bandgap為題撰文，報(bào)道了首個(gè)0D/2D偏振發(fā)光異質(zhì)結(jié)，為偏振發(fā)光家族增添了新成員。該工作將寬帶隙二維材料的優(yōu)異調(diào)光特性和量子點(diǎn)的高效發(fā)光特性進(jìn)行“聯(lián)姻”，基于構(gòu)建的0D/2D無機(jī)異質(zhì)結(jié)納米復(fù)合材料，成功孕育出了偏振發(fā)光特性，并展示了發(fā)光-調(diào)光-探測(cè)于一體的多功能光學(xué)元型器件。 

　　熒光偏振在科學(xué)和工程領(lǐng)域有多種應(yīng)用，包括3D顯示、光學(xué)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、光學(xué)生物傳感器和材料結(jié)構(gòu)分析。開發(fā)高效穩(wěn)定的偏振熒光材料具有重要的研究意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。量子點(diǎn)由幾百個(gè)甚至一千個(gè)原子組成，作為新晉的諾貝爾獎(jiǎng)級(jí)材料，重新點(diǎn)燃了大眾的科學(xué)興趣。零維量子點(diǎn)由于其納米尺度的量子約束效應(yīng)，具有非常高的熒光量子效率、顏色純度和顏色可調(diào)性。然而，傳統(tǒng)的量子點(diǎn)盡管具有顯著的熒光強(qiáng)度，但其典型特征是幾何和光學(xué)各向同性，往往具有非偏振光發(fā)射，在一定程度上限制了熒光量子點(diǎn)在偏振光領(lǐng)域的應(yīng)用。因此，基于量子點(diǎn)材料系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)高效和偏振發(fā)光仍然是發(fā)光材料發(fā)展的關(guān)鍵前沿和挑戰(zhàn)。 

　　中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究所的丁寶福、成會(huì)明和王鋒利用“維度聯(lián)姻”的概念將藍(lán)色無機(jī)碳點(diǎn)耦合到2D納米片上，創(chuàng)造了一個(gè)全無機(jī)的0D碳點(diǎn)/2D納米片異質(zhì)結(jié)發(fā)光系統(tǒng)(圖1 a-c)。這一成就實(shí)現(xiàn)了一種結(jié)合高發(fā)光效率和偏振特性的藍(lán)色發(fā)光材料的開發(fā)，為擴(kuò)大偏振發(fā)光材料家族提供了一種新的方法。構(gòu)建的0D/2D異質(zhì)結(jié)構(gòu)通過化學(xué)吸附誘導(dǎo)Ti-O-C鍵的形成，有效地錨定了0D碳點(diǎn)。通過將零維發(fā)光材料缺乏各向異性的高發(fā)光效率與二維材料強(qiáng)大的光偏振調(diào)制能力相結(jié)合，使兩種低維材料的光學(xué)特性互補(bǔ)，從而實(shí)現(xiàn)碳點(diǎn)的偏振發(fā)光。此外，利用異質(zhì)結(jié)的二向色吸收，實(shí)現(xiàn)了360-385 nm范圍內(nèi)的紫外光檢測(cè)。該方式首次集成偏振光發(fā)射，紫外光檢測(cè)和可見光調(diào)制的多功能光電器件的構(gòu)建。  

　　本工作首次引入了全無機(jī)異質(zhì)結(jié)構(gòu)偏振發(fā)光納米復(fù)合材料的概念，實(shí)現(xiàn)了偏振發(fā)光的突破。基于量子點(diǎn)材料系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)高效偏振發(fā)光的挑戰(zhàn)已經(jīng)被巧妙地克服，擴(kuò)大了偏振發(fā)光材料的家族。此外，集成光發(fā)射、調(diào)制和檢測(cè)的多功能器件的構(gòu)建為低能耗、智能或集成光學(xué)器件的發(fā)展引入了新思路。這些研究結(jié)果有望拓寬包括碳點(diǎn)在內(nèi)的其他0D量子點(diǎn)的材料特性及其衍生的光學(xué)應(yīng)用。這將為其他類型異質(zhì)結(jié)發(fā)光材料的開發(fā)提供新的視角和方法。在未來，這些材料有望在常見的異質(zhì)結(jié)領(lǐng)域有重要的應(yīng)用，包括光催化、生物醫(yī)學(xué)極化成像和光通信。 

　　深圳先進(jìn)院博士后許洪瑋為本文第一作者，深圳先進(jìn)院副研究員丁寶福、成會(huì)明院士和王鋒助理研究員為文章共同通訊作者。另外深圳理工大學(xué)（籌）研究生劉經(jīng)煒、深圳先進(jìn)院研究員唐永炳團(tuán)隊(duì)、博士后魏勝、龔芮、羅杰，以及華南師范大學(xué)陳心滿教授研究團(tuán)隊(duì)等也對(duì)該工作做出重要貢獻(xiàn)。

　　該工作獲得了國(guó)家自然科學(xué)基金、廣東省創(chuàng)業(yè)科研團(tuán)隊(duì)計(jì)劃項(xiàng)目、廣東省科技規(guī)劃項(xiàng)目、深圳市基礎(chǔ)研究項(xiàng)目的支持。感謝華南師范大學(xué)陳心滿教授團(tuán)隊(duì)和深圳先進(jìn)院唐永炳研究員團(tuán)隊(duì)對(duì)數(shù)據(jù)收集、分析中的支持與幫助。 

圖1 a-c分別是0D/2D納米復(fù)合材料的合成與構(gòu)建; d-f 分別是原器件結(jié)構(gòu)示意圖與發(fā)光調(diào)光、光探測(cè)性質(zhì)。 

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