我國科研人員在熒光碳量子點的太赫茲光電特性研究中獲進展

近日，中國科學院合肥物質科學研究院固體(ti) 物理研究所研究員徐文課題組與(yu) 西南大學合作，利用太赫茲(zi) 時域光譜（THz TDS）技術，探究熒光碳量子點（CQDs）的光電特性，發現在80-280 K溫度範圍內(nei) ，紅光熒光量子點（R-CQDs）在0.2-1.2 THz頻段為(wei) 光絕緣體(ti) （即對THz光全透），而藍光熒光量子點（B-CQDs）隨THz頻率、溫度的增加出現絕緣體(ti) -半導體(ti) 轉變。相關(guan) 研究成果以Optically induced insulator-to-semiconductor transition in fluorescent carbon quantum dots measured by terahertz time-domain spectroscopy為(wei) 題，發表在Carbon上。

碳量子點是一種零維碳基材料，由於(yu) 其優(you) 良的光電學性能和無環境汙染製備技術而受到關(guan) 注，有望成為(wei) 新一代照明、顯示器件的基礎材料。在器件應用中，CQDs通常被製備成固體(ti) 粉末或薄膜，其光電特性與(yu) 溶液中的CQDs存在較大差異。因此，對碳量子點粉末光電特性的研究可為(wei) 碳量子點光電器件的製備提供重要的材料物理信息。THz TDS技術可無接觸地測量材料光電導率及相關(guan) 電輸運參數，可應用於(yu) 難以製備電極的納米光電材料研究。

研究人員製備了在紫外光照射下分別發射藍色熒光（B-CQDs）和紅色熒光（R-CQDs）的兩(liang) 種熒光碳量子點溶液，通過滴樣幹燥獲得粉末樣品。樣品表征研究發現，與(yu) B-CQDs相比，RCQDs具有更多吸附於(yu) 碳核的C=O、-COOH基團和N相關(guan) 的基團。這些基團對CQDs的光學特性（如光熒光、紅外吸收、THz響應等）產(chan) 生影響。在80-280 K溫度範圍內(nei) ，研究人員測量了兩(liang) 種樣品在0.2-1.2 THz頻譜範圍的透射率，發現R-CQDs在測量頻譜範圍內(nei) 的THz光透射率約為(wei) 1，對應的光電導趨於(yu) 0，表現為(wei) 光絕緣態行為(wei) 。此效應產(chan) 生的主要原因是R-CQDs的表麵基團形成強烈的載流子束縛。然而，B-CQDs的THz光透射率在低頻接近1，隨著頻率、溫度的增加而逐漸下降，表現為(wei) 由絕緣態到導電態的轉變。此外，通過THz透射譜，研究人員獲得了不同溫度下B-CQDs光電導的實部和虛部，經Drude-Smith公式擬合導出B-CQDs的關(guan) 鍵物理參數，並深入研究了這些參數的溫度依賴關(guan) 係。實驗結果顯示，B-CQDs的導電態為(wei) 半導體(ti) 態，存在較強的載流子局域化效應，其電子散射主要由雜質、聲學聲子、光學聲子散射引起。

該工作首次將THz TDS技術應用於(yu) 熒光碳量子點的研究，為(wei) 碳量子點粉末關(guan) 鍵物理參數的實驗測量提供了新方法，有助於(yu) 深入了解碳量子點的基本物理特性。同時，研究中觀測到熒光碳量子點在THz頻段的絕緣-半導體(ti) 轉變這一物理現象，表明碳量子點可應用於(yu) THz光透射的調控，製備新型THz器件。