Nature文献 | 创锐光谱超快瞬态吸收系统助力钙钛矿量子点超晶格LED研究取得重要进展
文献信息
发表期刊： Nature
标题：Pixelated quantum-dot superlattice LEDs
作者：Chengxi Zhang, Qingsen Zeng, Hui Li, Renjun Guo, Yue Yu, Linjie Dai, Lyudmila Turyanska, Zirui Liu, JunDai, Yingguo Yang, Yue Zhao, Jun Lu, Lin Wang, Lingmei Kong, Ize Chien Sum
通讯作者：Yuchen Wu , Tae-Woo Lee &Xuyong Yang
DOI：https://doi.org/10.1038/s41586-026-10392-z
测试设备：创锐超快瞬态吸收光谱系统TA100
2026年4月15日上海大学杨绪勇&首尔国立大学Tae-Woo Lee&吉林大学吴雨辰在最新一期《Nature》杂志上报道了一项突破性进展：他们成功制备了像素化的钙钛矿量子点超晶格薄膜，并以此为基础实现了外量子效率高达30.9%、像素密度达5080 PPI的发光二极管阵列，同时演示了集成于商用薄膜晶体管背板的有源矩阵显示屏（见图1）。该工作为下一代高分辨率、高稳定性、高效率的钙钛矿显示技术提供了从材料组装到器件集成的系统化方案。
该工作的核心创新在于解决了钙钛矿量子点超晶格结构在薄膜器件中长期存在的两个关键难题：如何在纳米级厚度下保持微米尺度的面内结构相干性，以及如何实现超晶格薄膜的确定性空间图案化。传统量子点固体中，能量无序的堆积方式导致载流子容易在带尾态中发生非辐射复合，限制了器件的效率和稳定性。研究团队通过BHOA配体与氟离子表面重构的协同作用，显著增强了配体在量子点表面的结合能（在(200)晶面上达到-3.59 eV），从而保证了在缓慢溶剂蒸发过程中量子点能够进行热力学驱动的密堆积自组装。最终形成的六方密堆积超晶格薄膜厚度仅为约25 nm（约两层量子点），却展现出跨越数微米的面内结构相干性，并通过GIWAXS和GISAXS验证了三维晶格周期性。
图1 研究成果
在该研究中，创锐光谱瞬态吸收光谱系统TA-100成为揭示超晶格结构有序性如何调控载流子动力学的关键工具。 瞬态吸收光谱图（图2D/E）直观地展示了光激发后光漂白信号随时间和波长的演化过程。与旋涂制备的无序薄膜相比，组装形成的超晶格薄膜展现出显著更窄的光漂白线宽（70.1 meV vs. 93.6 meV），直接证明了超晶格结构中局域能量无序度的显著降低。更为重要的是，研究团队通过分析光漂白峰的能量位移随延迟时间的变化发现，在无序薄膜中，光生载流子在皮秒时间尺度上持续向低能量的带尾态弛豫（ΔE = 17.4 meV，饱和时间67.9 ps）；而在超晶格薄膜中，这一能量位移大幅减小（ΔE = 8.9 meV，饱和时间6.2 ps），且快速达到饱和。这一差异清晰地表明，长程有序的超晶格结构形成了更为平坦的能量形貌，有效抑制了由无序诱导的带尾态对载流子的捕获效应，从而促进了辐射复合通道。瞬态吸收数据与稳态PL光谱的窄化（半高宽从19.4 nm降至17.1 nm）以及时间分辨PL中延长载流子寿命的观察结果相互印证，共同构筑了“结构有序→能量无序降低→非辐射复合抑制→器件效率与稳定性提升”这一完整的物理图像。
该工作所建立的配体设计与限域组装策略具有较强的普适性，研究团队已初步将其扩展至蓝光（CsPb(Cl/Br)）和红光（CsPb(I/Br)）钙钛矿量子点体系。这为开发全彩色、超高分辨率（>5,000 PPI）的微显示器，特别是面向增强现实和虚拟现实应用的近眼显示技术，开辟了一条可行的技术路径。同时，该方法与商用光刻工艺和薄膜晶体管背板的兼容性，预示着其向产业化转化的巨大潜力。这将对超晶格结构推广至更复杂的器件架构，以及深入探索在电驱动条件下超晶格中集体量子效应对器件性能的潜在贡献，都有着重要意义。
本研究中，瞬态吸收光谱技术为飞秒至皮秒的时间尺度下，直接探测结构有序性对载流子动力学的影响提供了重要依据。在此类先进光谱表征手段的开发与应用方面，创锐光谱所提供的瞬态吸收光谱系统展现出卓越的性能。该系统具备高达10-6的信噪比，能够精确捕捉微弱的光学信号变化；其宽光谱探测范围（230 nm至2200 nm）覆盖了从紫外到近红外的关键波段，适用于钙钛矿、量子点、二维材料等多种体系；高速扫描能力与内置算法，确保了动力学数据的高保真度和测量效率。这些技术特性使其成为深入研究量子点超晶格、钙钛矿光电器件以及其他低维半导体材料中光物理过程的理想平台，为基础研究向器件应用的转化提供可靠的数据支撑。
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