【复材资讯】研究前沿：4篇 Nature Photonics | 斯格明子-太赫兹-量子点-钙钛矿
01
非局域斯格明子 / skyrmions
在20世纪60年代早期，受启于发展中的拓扑结构概念，Tony Skyrme提出了亚原子粒子，可以描述为单个量子场的自然激发。尽管斯格明子Skyrmion，作为拓扑稳定场配置的概念从未用于其预期目的，但业已证明是高度通用的，在凝聚态物理、声学和最近的光学中，都可见斯格明子的应用，但在几科所有情况下，都被实现为局域场和粒子。
近日，南非 金山大学（University of the Witwatersrand）Pedro Ornelas，Andrew Forbes等，在Nature Photonics上发文，报道了第一个具有非平凡拓扑的非局域量子纠缠态，其本质上是斯格明子Skyrmionic的，即使每个单独光子没有显著的拓扑结构。
实验演示了拓扑结构，是如何使这样的量子态，对波函数的平滑变形具有鲁棒性，直到纠缠本身消失，才保持完整。该项工作指出了，纠缠类和拓扑之间的一种新联系，为映射保持量子信道的本质，提出了新问题，并为通过拓扑工程量子态保存量子信息，提供了新途径，即使在纠缠脆弱的情况下，这种量子态也会持续存在。
Non-local skyrmions as topologically resilient quantum entangled states of light.光拓扑弹性量子纠缠态的非局域斯格明子。
图1: 非定域量子斯格明子Skyrmions。
图2: 实验量子斯格明子。
图3: 穿越量子斯格明子景观。
图4: 量子纠缠态的拓扑结构。
图5: 量子拓扑不变性。文献链接
Ornelas, P., Nape, I., de Mello Koch, R. et al. Non-local skyrmions as topologically resilient quantum entangled states of light. Nat. Photon. (2024).
https://doi.org/10.1038/s41566-023-01360-4
https://www.nature.com/articles/s41566-023-01360-4
本文译自Nature。
来源：今日新材料
02
等离子体光导太赫兹焦平面阵列
在电磁波谱的太赫兹部分中，成像系统是有吸引力的，因为可穿透许多不透明材料，并提供各种化学物质的独特光谱特征。然而，由于缺少合适的太赫兹焦平面阵列探测器，现有系统的速度慢、尺寸大、成本高和复杂性，已经限制了太赫兹成像仪在现实世界中的应用。
近日，美国 加利福尼亚大学洛杉矶分校 (University of California, Los Angeles）Xurong Li, Deniz Mengu，Mona Jarrahi等，在Nature Photonics上发文，报道了一种太赫兹焦平面阵列，可以直接提供空间振幅和相位分布，以及成像物体的超快时间和光谱信息。
这种二维阵列，主要是由约30万个等离激元光导纳米天线组成，经过优化后，可快速探测具有高信噪比的宽带太赫兹辐射。利用这些等离子体纳米天线捕获的振幅和相位数据多光谱性质，并对不同物体进行成像，包括硅衬底中的超分辨蚀刻图案和电池电极中的缺陷。
基于减少了光栅扫描和空间太赫兹调制，这种太赫兹焦平面阵列与现有技术相比，成像速度提高了1000倍以上，并适用于工业检测、安全检查和医疗诊断等广泛的应用。
Plasmonic photoconductive terahertz focal-plane array with pixel super-resolution.具有像素超分辨率的等离子体光导太赫兹焦平面阵列。
图1: 具有像素超分辨率pixel super-resolution，PSR的等离子体光电导太赫兹焦平面阵列terahertz focal-plane arrays，THz-FPA。
图2: 像素超分辨率PSR增强太赫兹焦平面阵列THz-FPA成像结果。
图3: 像素超分辨率PSR增强的太赫兹焦平面阵列THz-FPA分辨率量化。
图4: 图像重建质量和厚度对比度预测精度的量化。
图5: 远场像素超分辨率PSR增强太赫兹焦平面阵列THz-FPA成像结果。
图6: 基于太赫兹焦平面阵列THz-FPA捕获的缺陷锂离子电池电极结构信息。文献链接
Li, X., Mengu, D., Yardimci, N.T. et al. Plasmonic photoconductive terahertz focal-plane array with pixel super-resolution. Nat. Photon. (2024). https://doi.org/10.1038/s41566-023-01346-2
https://www.nature.com/articles/s41566-023-01346-2
本文译自Nature。
来源：今日新材料
03
碲化银胶体量子点红外光电探测器
在机器视觉、自动驾驶和三维、夜间和天气成像等应用中，具有短波红外shortwave-infrared (SWIR)波长范围 (1–2 µm) 灵敏的光电探测器，具有重要意义。目前，在短波红外范围内可用的技术，取决于昂贵的外延半导体，而且这些外延半导体没有与互补金属氧化物半导体电子器件单片集成。溶液处理的量子点，可以通过在后端工艺中，在硅上实现低成本制造和简单的单片集成，从而有望解决这一挑战。到目前为止，短波红外领域的胶体量子点材料，主要基于硫化铅和碲化汞化合物，但由于有毒重金属的存在，在消费电子产品中的部署，也引起了主要的安全监管问题。
近日，西班牙 巴塞罗那科学技术研究所(The Barcelona Institute of Science and Technology）Yongjie Wang，Gerasimos Konstantatos等，在Nature Photonics上发文，报道了碲化银量子点的环境友好合成方法，及其在高性能短波红外探测器中的应用。
胶体量子点光电探测器叠层，采用符合安全物质材料，还灵敏实现在350nm至1600nm光谱范围内。室温探测率为10e12琼斯量级，3dB带宽大于0.1MHz，线性动态范围大于118dB。还实现了基于溶液处理、无有毒重金属材料的单片集成短波红外成像仪，从而为进入消费电子市场铺平了道路。
Silver telluride colloidal quantum dot infrared photodetectors and image sensors.碲化银胶体量子点红外光电探测器和图像传感器。
图1: 尺寸可调的碲化银Ag2Te量子点quantum dots，QDs。
图2: 碲化银量子点 短波红外光电二极管。
图3: 碲化银量子点光电二极管的性能。
图4: 顶部照明的碲化银量子点光电探测器和成像器。文献链接
Wang, Y., Peng, L., Schreier, J. et al. Silver telluride colloidal quantum dot infrared photodetectors and image sensors. Nat. Photon. (2024).
https://doi.org/10.1038/s41566-023-01345-3
https://www.nature.com/articles/s41566-023-01345-3
本文译自Nature。
来源：今日新材料
声明：仅代表译者个人观点，如有不科学之处，请在下方留言指正！
04
钙钛矿发光二极管
金属卤化物钙钛矿材料，已经成为薄膜激光二极管的增益材料。然而，在钙钛矿发光二极管perovskite light-emitting diodes (PeLEDs),（钙钛矿激光二极管的前提条件）中，实现电激发放大自发辐射amplified spontaneous emission (ASE)，受制于器件叠层的高电导率和高净模式增益冲突要求。
近日，比利时 微电子研究中心 (IMEC) Karim Elkhouly, Iakov Goldberg，Robert Gehlhaar & Paul Heremans等，在Nature Photonics上发文，开发了一种透明的钙钛矿发光二极管PeLEDs架构，并结合了低光学损耗和出色的电流注入特性。
基于77K时2.3ns光脉冲，实现了阈值为9.1μJcm-2的放大自发辐射ASE。在77K时，对相同器件进行亚微秒电激发时，实现了高于3kAcm-2电流密度和高于40Wcm-2辐照度。值得注意的是，基于强电脉冲的前沿同步光脉冲共同泵浦PeLED，产生了的放大自发辐射ASE阈值降低1.2±0.2μJcm-2，这表明电注入载流子对光增益有贡献。
此外，为了评估钙钛矿半导体光放大器的可行性，还用1μs长的光激发探测PeLED，并在3.8kWcm-2阈值时，观察连续波放大自发辐射ASE。最后，还展示了如此强电脉冲产生的电致发光亮度水平接近于ASE阈值时，连续波光泵浦产生的辐照度的一半。这项工作表明，基于这种类型的透明PeLED，钙钛矿半导体光放大器和注入式激光器是可以实现的。
Electrically assisted amplified spontaneous emission in perovskite light-emitting diodes.在钙钛矿发光二极管中，电辅助放大自发辐射。
图1:透明钙钛矿发光二极管perovskite light-emitting diodes，PeLEDs结构和光电特性。
图2: 亚微秒电偏置和2.3ns光偏置时，共泵浦动力学。
图3: 独立连续波continuous-wave，CW光学和CW光电共激励。
图4: 在透明PeLEDs中，200ns电偏置和500ns连续波CW光学偏置的辐照度水平比较。文献链接
Elkhouly, K., Goldberg, I., Zhang, X. et al. Electrically assisted amplified spontaneous emission in perovskite light-emitting diodes. Nat. Photon. (2024).
https://doi.org/10.1038/s41566-023-01341-7
https://www.nature.com/articles/s41566-023-01341-7
本文译自Nature。
来源：今日新材料
免责声明：中国复合材料学会微信公众号发布的文章，仅用于复合材料专业知识和市场资讯的交流与分享，不用于任何商业目的。任何个人或组织若对文章版权或其内容的真实性、准确性存有疑议，请第一时间联系我们。我们将及时进行处理。
继续滑动看下一个轻触阅读原文
中国复合材料学会原标题：《【复材资讯】研究前沿：4篇 Nature Photonics | 斯格明子-太赫兹-量子点-钙钛矿》