中國科大提出一種納米線界面摻雜的新策略

　　近日，中國科學技術大學微尺度物質科學國家實驗室在界面摻雜調控研究中取得新進展，實現了ZnO單納米線光電性能優質集成。相關研究成果發表在5月21日出版的Adv. Mater.雜志上。

　　ZnO納米線有著完美的光學納腔結構和室溫下豐富的多量子態耦合作用，不僅是凝聚態物理和量子光學領域的重要研究對象，也是納米尺度紫外光子學和光電器件的候選材料之一。要實現納米尺度的優質紫外光源，必須使ZnO納米線同時擁有高效的帶邊發光和優良的電學性質，但現有的體摻雜方式難以同時滿足上述要求。這是因為優良的電學性質要求材料通過摻雜提供濃度足夠高的自由載流子，而過多的摻雜必將導致帶邊輻射復合效率的顯著下降。

　　針對上述挑戰，研究人員提出了一種新穎的納米線界面摻雜策略，通過發展CVD再生長技術，制備出具有“核-界面-殼”結構的ZnO納米線，其電導率高達4×104 S/m，比常規納米線提高一個量級以上，且其帶邊發光強度也高出一個量級。通過進一步的高分辨表征發現：界面Zn摻雜提供高濃度的自由電子，這些自由電子在界面區域形成準二維電子氣，導致優異的電學性能；同時，界面層又會顯著減少激子向納米線表面耗盡層擴散并被消解的幾率，從而提高激子的帶邊發射效率。

　　新的策略打破了傳統ZnO材料光電性能的內在相互制約，實現了高效帶邊發光和優良電學性能在單納米線內的優質集成，這將對設計和制3.備基于ZnO的高性能納米光電器件具有重要的指導意義。論文的第一作者是該國家實驗室博士生丁懷義。