コロイド量子ドットレーザーの研究進捗状況

研究の進捗状況コロイド量子ドットレーザー
異なる励起方法により、コロイド量子ドットレーザーは、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つのカテゴリに分類できます。研究室や産業など多くの分野で、光励起レーザーファイバーレーザーやチタン添加サファイアレーザーなどのレーザーは重要な役割を果たしています。さらに、特定のシナリオ、例えば、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肢である。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、電気ポンピングによるレーザー出力の実現である。しかし、これまで電気ポンピングによる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、電気ポンピングによるコロイド量子ドットレーザーの実現を主軸として、まず、電気注入による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議論し、次に、商業応用が最初に実現される可能性が高いコロイド量子ドット光ポンピング溶液レーザーへと拡張する。本稿の構成を図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、最大の課題は、低閾値、高利得、長寿命、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という点である。ナノシート、巨大量子ドット、勾配型量子ドット、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、複数の研究室で連続波光ポンピングレーザーを実現できる量子ドットは一つも確認されておらず、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る。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、国や研究室によって報告される量子ドットの利得性能は大きく異なり、再現性も低い。これもまた、高利得特性を持つコロイド量子ドットの開発を阻害する要因となっている。

現状では、量子ドット電気励起レーザーは実現されておらず、量子ドットの基礎物理学および基幹技術の研究には依然として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照できる新しい溶液プロセス可能な利得材料です。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には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プロセス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持つ材料に適した新しい溶液膜作製方法の開発が、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を開発することは大きな課題です。

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並行して進められ、基礎研究と実用化において同等の重要な役割を果たすべきである。コロイド量子ドットレーザーの実用化の過程では、多くの共通の問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最大限に引き出す方法については、今後さらに探求していく必要がある。