廈大自主研發(fā)深紫外光子學材料獲新進展

廈大自主研發(fā)的新型寬帶隙半導體材料為深紫外光子學的發(fā)展提供了新的思路和方向。它的“秘訣”在于材料純度和結構質量高，通過其中激子和光子的相互轉化特性可以輕松實現(xiàn)深紫外光的發(fā)射，從而大大提升激光器件的發(fā)光能效。近期，相關研究成果刊登在《自然》出版集團旗下的在線開放刊物《科學報道》上。

據(jù)了解，這項成果出自廈大物理與機電工程學院康俊勇教授課題組，該課題組長期致力于研究深紫外光寬帶隙半導體，這也是近年來物理學界的一個熱門研究領域。所謂深紫外光，是指波長短于280 nm的紫外線。這種光源波長短、頻率高，可在水及空氣凈化、疾病治療、信息技術等領域發(fā)揮獨特作用。傳統(tǒng)的深紫外光源通常由高壓汞燈產(chǎn)生，體積大、電壓高、毒性大，而用氮化鋁基寬帶隙半導體來產(chǎn)生深紫外光，一般體積不足米粒大、只要數(shù)伏特、無毒無害，且壽命長數(shù)百倍。

從2005年開始，康俊勇教授課題組便開始研發(fā)這種高純度的寬帶隙半導體深紫外光源材料和器件，并不斷突破結構瓶頸。2012年底，課題組博士生李孔翌在氮化鋁半導體中探測到了名為“激子極化激元”的粒子。這種粒子是激化的電子與光子結合的產(chǎn)物，天生容易聚在一起。藉由它可以輕松實現(xiàn)光的同步發(fā)射，也就是說，在很低的電流驅動下就可發(fā)射出激光。李孔翌說，事實上，這種粒子本身并不足為奇，“它存在于很多材料中，但是，在高頻率的深紫外材料中出現(xiàn)卻是第一次。”這樣的發(fā)現(xiàn)，意味著廈大自主研發(fā)的這種半導體材料可為未來研制深紫外波段高信道容量的量子通信和激光器件等奠定了材料基礎。

近期，康俊勇教授課題組深入開展不同維度、不同結構功能的深紫外材料研究，取得顯著成果。課題組成員林偉博士突破光沿氮化鋁基半導體各個方向傳播不同的天性，首次造出深紫外光各向同性的量子結構材料，大大提高深紫外光在半導體器件中傳導和發(fā)射的可控效率，成果被刊登在國際光子學領域綜述專刊——《激光和光子評論》的卷首。課題組成員吳雅蘋博士開發(fā)出大尺度石墨烯單晶，它能克服傳統(tǒng)透明電極材料對深紫外光吸收強的弱點，為深紫外光電集成提供了一種可選的電極材料。