发光量子效率提升了13%！单晶硅纳米白光光源研究取得突破性进展

尽管米氏共振、表面晶格共振等独立的共振模式能够提供强大的场局域效应，从而实现大注入载流子。然而，这些共振模式存在辐射损耗较大的缺陷，削弱了光与物质的相互作用，进而限制了光学非线性效率。幸运的是，量子力学中连续域中的束缚态（Bound states in the continuum，BIC）原理的提出，为解决米氏共振辐射损耗较大的问题提供了机遇。BIC是一种独特的光学模式，主要特征是能够在亚波长结构中支持具有极高品质因子（quality factor）的超级腔模（supercavity mode）。这些光学模式可以应用于新一代超薄、多用途光学元件，基于非线性效应增强的低阈值激光器，以及实现亚波长共振模式强耦合的原理性验证。

兰胜教授课题组与中大的李俊韬教授和佘俊聪教授合作，将BIC原理应用于零维纳米结构中，他们提出在一个有限长度的硅纳米方块中，也可以实现多种模式的强耦合，利用模式干涉，获得具有高品质因子的超级腔模。在具体样品设计中，考虑到在实际使用时需要使用飞秒激光激发超级腔模，于是更多考虑多光子荧光的吸收系数与飞秒激光脉冲的频域匹配。不仅如此，为了减少样品刻蚀产生的缺陷，他们对硅纳米方块表面进行了钝化处理，显著降低了非辐射损耗，最终将发光量子效率进一步提升了~13%，获得了高效的纳米级白光光源。更为重要的是，硅纳米方块的制备方法与现代硅基芯片工艺完全兼容，有望为未来光子芯片纳米白光光源甚至激光光源的制备和集成提供科学依据和技术支撑，同时也为操控间接带隙半导体纳米材料的发光开辟了新视野。

上述研究得到了国家和广东省自然科学基金的支持。

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来源：华南师范大学新闻网

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