英文原题：High-Purity Single-Photon Emission in Near-Infrared InAs Colloidal Quantum Dots with Strong Exciton Confinement
通讯作者：冀波涛，西湖大学；张国峰，山西大学；曾在平，河南大学
作者：Yi Yang（杨奕）, Jialu Li（李嘉璐）, Yaobo Li（李垚博），Binghan Li（李炳翰）, Jiancheng Zhang（张健铖）, Zhihao Chen（陈志豪）, Liantuan Xiao（肖连团）, Runchen Lai（赖润晨）, Zaiping Zeng（曾在平）, Guofeng Zhang（张国峰）, and Botao Ji（冀波涛）
背景介绍
胶体量子点（QDs）因具有可调带隙、高色纯度及易于集成的优异光学特性，成为量子信息技术中具有潜力的单光子光源。强量子限域效应有助于提升其单光子发射纯度，但同时诱导的俄歇复合也会引发光致闪烁（blinking）现象。尽管近II型核壳结构（如CdSe/CdS）可有效抑制闪烁，但随之增强的多激子辐射复合会降低单光子纯度。相比之下，I型核壳量子点（如InP/ZnSe/ZnS）在低温下可同时实现高纯度与低闪烁发射，但在室温条件下仍存在显著的双激子发射。此外，适用于通信波段的近红外（NIR）量子点研究仍较有限。InAs量子点通过尺寸调控，其发光波长可覆盖700–1700 nm的宽波段范围，但受合成难度和光稳定性限制，其在单光子源方向的研究相对较少，尚需进一步探索。
文章亮点
近日，西湖大学冀波涛团队联合山西大学张国峰团队及河南大学曾在平团队在Nano Letters上发表研究成果，报道了近红外InAs量子点实现高纯度单光子发射的相关进展（图1）。该工作采用宽带隙ZnSe壳层材料构建了I型InAs/InP/ZnSe/ZnS结构的近红外胶体量子点，其中光激发产生的单激子和多激子被有效限域在量子点核中，快速的非辐射俄歇复合过程有效抑制了多光子发射，实现了高纯度单光子发射（g(2)(0)低至0.032）；同时，通过增加ZnSe壳层厚度，降低了载流子隧穿至量子点表面的概率，显著抑制了量子点电离，从而获得了接近无闪烁的发光特性（亮态占比高达87%）。为进一步研究该高质量InAs量子点中不同载流子态的动力学过程，研究团队开展了超快光谱测量。结果表明，其带电激子态和双激子态的俄歇复合速率均超过对应的辐射复合速率至少两个数量级，进一步验证了该体系高纯度单光子发射源于其强俄歇复合特性（图2）。本研究为实现高纯度、低闪烁的近红外单光子源提供了新的材料设计策略，有望推动胶体量子点在量子信息和光通信等前沿领域的应用发展。
图1. InAs/InP/ZnSe/ZnS量子点的光致发光示意图及单个厚层量子点的g(2)(0)和PL强度轨迹。
图2. 通过光化学电子掺杂和激发通量调控，揭示了厚壳量子点在负激子态（X-）和双激子态（XX）下的复合动力学，得到了相应的复合寿命。
总结/展望
本研究通过能带结构设计与壳层调控，首次在近红外InAs胶体量子点中实现了高纯度单光子发射与低闪烁发光特性，为量子通信芯片的光源集成提供了理想候选材料。后续工作将进一步研究该类量子点在低温下的荧光光谱线宽、激子精细结构、单光子发射纯度与光谱稳定性，探索其在量子通信等应用中的潜力。
相关论文发表在Nano Letters上，浙江大学-西湖大学联合培养博士研究生杨奕，山西大学博士研究生李嘉璐和河南大学博士研究生李垚博为文章的共同第一作者， 冀波涛副教授，张国峰教授和曾在平教授为共同通讯作者。本研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、河南省国际科技合作重点项目以及山西省科技重大专项的财政支持。
通讯作者信息：
冀波涛 研究员
冀波涛， 2014年毕业于法国巴黎第六大学获博士学位；2015年至2018年，在以色列希伯来大学从事博士后研究。2019年全职加入西湖大学工学院，担任工学院特聘研究员，主要从事无机纳米晶的合成及光电性质研究。
课题组主页：https://qdslab.com/
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Nano Lett. 2025, 25, 18, 7595–7602
Publication Date: April 23, 2025
https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.5c01546
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