发光提速 435 倍！这款超亮无闪烁光源改写量子科技格局|单光子|无闪烁光源|特种光纤|量子科技|钛矿

来源：科技新报

量子科技被视为改写全球科技格局的关键技术，引发各国在通讯、运算与感测领域的战略竞逐，台湾地区近年也积极投入核心元件的自主研发，而这些应用都仰赖能「一次只发出一个光子」的单光子源。林皓武说明，这类光源的亮度直接决定资料传输的速度，亮度越高、传输越快；但要在室温下同时兼顾高亮度、快速放光与稳定不闪烁，一直是全球量子光电领域最困难的挑战之一。

此次团队将钙钛矿量子点与约 100 奈米的银奈米立方体结合，建构出「电浆子奈米共振腔」，让光与物质产生强烈交互作用。其中最大难关在于两种材料原本「水火不容」，因为银奈米立方体须浸在酒精等高极性溶剂中，但传统钙钛矿量子点一碰到这类溶剂就会溶解、失去发光能力。论文第一作者、清华材料所博士生廖子豪负责钙钛矿量子点的合成改质、共振腔制作及光学量测。他指出，团队使用特殊的「两性离子」配体包覆量子点，就像替它穿上抗溶剂的「奈米雨衣」，既能防御酒精等极性溶剂的破坏，也成功维持量子点高达 95% 的发光效率。

这层「奈米雨衣」让原本极易受溶剂影响的量子点，能被嵌入银奈米立方体与银薄膜之间、仅约 10 奈米（相当于头发直径万分之一）的「电浆子奈米共振腔」中，大幅提升亮度。论文共同作者、清华材料所博士庄咏棠负责光物理性质与机制分析。他说明，量子点与共振腔结合后产生的「帕塞尔效应」（Purcell effect），能让发光速度大幅提升 435 倍、发光寿命缩短至 12 皮秒以下，整体发光强度较整合前增加达 250 倍。

林皓武进一步指出，帕塞尔效应还带来令人意外的收获，「由于放光速度极快，快到量子点来不及进入不发光状态，亮度因此呈现稳定，解决了单光子源长年以来『闪烁』的问题。」他补充，相较部分传统半导体单光子源必须在接近绝对零度的低温环境下运作，钙钛矿量子点在室温即可稳定发光，大幅降低了设备成本与应用门槛。

林皓武分享，团队以自行改装的共轭焦显微镜量测时，侦测器竟直接过曝饱和，「就像拿相机对着太阳拍照」，最后必须在光路上加装多层中性密度滤镜，等于替仪器戴上「墨镜」，才能完成量测。实测证实，这款元件亮度领先国际既有纪录逾十倍。然而，研发之路并不顺遂。庄咏棠坦言，过去没有人能让钙钛矿量子点在酒精里存活得这么好，团队毫无方向，曾尝试翻转结构、改变反应温度都告失败，一度想过放弃，直到与廖子豪合力试出两性离子技术，才看见曙光。