コロイド量子ドットレーザーの研究の進歩

研究の進捗コロイド量子ドットレーザー
コロイド量子ドットレーザーは、励起方法の違いにより、光励起コロイド量子ドットレーザーと電気励起コロイド量子ドットレーザーの2つのカテゴリーに分けられます。研究室や産業界など多くの分野で、光ポンプレーザーファイバーレーザーやチタンドープサファイアレーザーなどの新しい技術が重要な役割を果たしています。さらに、光マイクロフローレーザー、光ポンピングに基づくレーザー方式が最良の選択である。しかし、携帯性と幅広い応用範囲を考慮すると、コロイド量子ドットレーザーの応用の鍵は、電気ポンピング下でのレーザー出力を達成することである。しかし、現在まで、電気ポンピングコロイド量子ドットレーザーは実現されていない。そこで、電気ポンピングコロイド量子ドットレーザーの実現を本線として、著者はまず電気注入コロイド量子ドットレーザーを得るための鍵となるリンク、すなわちコロイド量子ドット連続波光ポンピングレーザーの実現について論じ、次にコロイド量子ドット光ポンピング溶液レーザーに展開し、これが最初に商用化される可能性が高い。本稿の本文構成を図1に示す。

既存の課題
コロイド量子ドットレーザーの研究において、依然として最大の課題は、低閾値、高利得、長利得寿命、高安定性を備えたコロイド量子ドット利得媒体をいかにして得るかである。ナノシート、巨大量子ドット、勾配勾配量子ドット、ペロブスカイト量子ドットなどの新しい構造や材料が報告されているものの、複数の研究室で単一の量子ドットが確認され、連続波光ポンピングレーザーが得られていない。これは、量子ドットの利得閾値と安定性が依然として不十分であることを示しています。さらに、量子ドットの合成と性能評価に関する統一基準がないため、国や研究室ごとに量子ドットの利得性能レポートが大きく異なり、再現性が高くないことも、高利得特性を持つコロイド量子ドットの開発を妨げています。

現在、量子ドット電気ポンプレーザーは実現されておらず、量子ドットの基礎物理学とキーテクノロジーの研究にはまだ課題があることを示している。レーザー装置コロイド量子ドット（QDS）は、有機発光ダイオード（LED）の電気注入デバイス構造を参考にすることができる、溶液処理可能な新しい利得材料です。 しかし、最近の研究では、単純な参照だけでは電気注入コロイド量子ドットレーザーを実現するのに不十分であることが示されています。 コロイド量子ドットと有機材料の電子構造と処理モードの違いを考慮すると、コロイド量子ドットと電子および正孔輸送機能を備えた材料に適した新しい溶液フィルム調製方法の開発が、量子ドットによって誘起される電気レーザーを実現する唯一の方法です。 最も成熟したコロイド量子ドットシステムは、依然として重金属を含むカドミウムコロイド量子ドットです。 環境保護と生物学的危険性を考慮すると、新しい持続可能なコロイド量子ドットレーザー材料の開発は大きな課題です。

今後の研究では、光励起量子ドットレーザーと電気励起量子ドットレーザーの研究は密接に連携し、基礎研究と実用化において同等に重要な役割を果たす必要がある。コロイド量子ドットレーザーの実用化の過程では、多くの共通課題を早急に解決する必要があり、コロイド量子ドットの独自の特性と機能をどのように最大限に発揮させるかが依然として課題となっている。