开启颜色可调纳米器件的新时代

以色列耶路撒冷]虽然纳米晶体提供颜色可调性并用于各种技术，但实现不同的颜色需要对每种颜色使用不同的纳米晶体，并且颜色之间的动态切换是不可能的。耶路撒冷希伯来大学化学研究所和纳米科学与纳米技术中心的一个研究小组，包括研究生 Yonatan Ossia 和其他七名成员，在 Uri Banin 教授的领导下，现在提出了一种创新的解决方案这个问题。通过开发由两个耦合的半导体纳米晶体组成的“人造分子”系统，该系统可以发出两种不同颜色的光，从而证明了快速且瞬时的颜色切换。

彩色光及其可调性是许多现代重要技术的基础：照明、显示器、快速光纤通信网络等等。将彩色发射半导体提升到纳米尺度(纳米——十亿分之一米，比人的头发小十万倍)时，一种称为量子限制的效应开始发挥作用：改变纳米晶体的尺寸会改变发射光的颜色。因此，可以获得覆盖整个可见光谱的明亮光源。由于此类纳米晶体独特的颜色可调性，以及使用湿化学法的简便制造和操作，它们已经广泛应用于高质量的商业显示器，赋予它们出色的颜色质量和显着的节能特性。然而，直到今天，

尽管之前已经在原型光电器件中研究并实现了充当“人造原子”的单个胶体纳米晶体的颜色调节，但由于伴随效果固有的亮度减弱，主动改变颜色一直具有挑战性，这只会产生轻微的颜色变化。研究小组克服了这一限制，通过创建一种具有两个发射中心的新型分子，其中电场可以调整每个中心的相对发射，改变颜色，但不会损失亮度。人造分子可以被制成使得其组成纳米晶体之一被调整为发射“绿”光，而另一个发射“红”光。这种新型双色发光人造分子的发射对引起电场的外部电压敏感：电场的一个极性引起“红色”中心的光发射，并将电场切换到另一极性，颜色发射被切换立即变为“绿色”，反之亦然。这种颜色转换现象是可逆且即时的，因为它不包括分子的任何结构运动。只需在设备上施加适当的电压，即可获得两种颜色中的每一种或它们的任意组合。这种在保持强度的同时精确控制光电器件颜色调节的能力，开启了各个领域的新可能性，包括显示器、照明和具有可调节颜色的纳米级光电器件，也可作为生物应用和神经科学的敏感场传感工具来跟踪大脑活动。此外，它还可以主动调整单光子源的发射颜色，这对于未来的量子通信技术非常重要。

耶路撒冷希伯来大学的 Uri Banin 教授解释说：“我们的研究是光电子纳米材料的一大飞跃。这是我们阐述几年前我们研究中推出的“纳米晶体化学”理念的重要一步。小组，其中纳米晶体是具有令人兴奋的新功能的人造分子的构建块。能够像我们所实现的那样在纳米尺度上如此快速有效地切换颜色具有巨大的可能性。它可以彻底改变先进的显示器并创建可切换颜色的单光子源。 ”

通过利用这种具有两个发射中心的量子点分子，可以使用相同的纳米结构产生几种特定颜色的光。这一突破为开发用于检测和测量电场的敏感技术打开了大门。它还支持新的显示设计，其中每个像素都可以单独控制以产生不同的颜色，从而将标准 RGB 显示设计简化为更小的像素基础，这有可能提高未来商业显示器的分辨率和节能效果。电场诱导颜色切换的这一进步对于改变设备定制和场感测具有巨大潜力，为令人兴奋的未来创新铺平了道路。

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