清大研发全球最亮量子光源 具自我修复力

【大纪元2021年04月07日讯】（大纪元记者林倩玉台湾新竹综合报导）钙钛矿量子点是量子光源的明日之星，但却有稳定性不足的障碍难以跨越。清华大学材料系教授林皓武透过自行开发的喷雾合成法，在仅有10奈米的钙钛矿量子点上均匀地长出一层有机保护层，研发出稳定性极高，还有自我修复能力的量子点。它产生的单光子亮度更打破世界纪录，成为室温条件下最亮的量子光源材料，可望引领未来量子通讯及量子计算应用的重大突破。

这项重大突破是由林皓武指导博士生，及与清华物理系副教授褚志崧、美国西北大学化学系教授夏勒（Richard Schaller）跨国合作共同完成。

林皓武指出，比起其他的量子光源，钙钛矿量子点可在室温下实现单光子放光，且具有高量子产率、高色纯度等优良的光学特性，可应用在高速的计算、通讯及萤幕，近年来在国际材料研究领域受到极大的关注。但它的缺点就是寿命不长，激发发光后只能存活数分钟，成为应用上难以突破的障碍。

其他研究单位过去制备钙钛矿量子点的方式是直接将两种溶液注入混合，林皓武研究团队则独家研发喷雾合成法，大幅增加两种溶液的接触表面积，可在量子点外表包覆一层均匀的有机保护层，在连续24小时的高强度激发下，仍维持高亮度，一举解决了钙钛矿量子点稳定性不佳的问题。

林皓武指出，用这种喷雾合作成法制备的钙钛矿量子光源，只要用其他量子光源约1%的能量激发，它的单光子亮度就能达到每秒900万光子数，已创下世界纪录，成为史上最亮的光子源；此外，它的高单光子纯度也高达98%，兼具高亮度、高纯度及高稳定度等众多优点。

更令人惊喜的是，林皓武表示，以此方式制备的钙钛矿量子点还具有独特的自我修复能力，在极高强度雷射的激发下遭到损坏、亮度衰退后，只要休息几分钟，就能重新恢复原来的高亮度。这项研发成果最近登上国际期刊ACS Nano后，并被选为封面故事，立即引发研究社群热烈讨论，将这种可以不断再生的钙钛矿量子光源比喻为“黑科技”。

林皓武解释，如果将制备量子点晶体的程序比喻为包水饺，过去科学家一直碰到水饺破皮的问题，有人只好改用不同材料的水饺皮，也有人想办法把水饺皮包厚一点、或包两层，“我做的事很简单，就是不断改良包水饺的手法。”林皓武谦虚地说。

林皓武指导的博士生许博惟也是这篇论文的第一作者。他还记得第一次看到量子点竟能自我修复的神奇时刻，“当被强度激发的量子点经过一段时间的实验，亮度逐渐衰减后，我忙着从显微镜里寻找下一颗量子点来做实验，没想到刚才已经暗淡的那颗量子点竟然又重新发光，我原本还不敢相信，赶快报告老师。”一次又一次的反复实验终于证实，量子点能自我修复并非神话。

林皓武研究团队的另一位博士生庄咏棠则致力于提升团队研发出的钙钛矿量子点应用，研发出最新的量子加密乱数产生器，通过美国国家标准暨技术研究院的15项“真乱数”检验。量子点等关键技术已取得台湾专利，正申请美国专利中。

责任编辑：唐音