鈣鈦礦量子點是量子光源的明日之星，但其穩定性不足障礙難以跨越。清華大學材料系教授林皓武透過噴霧合成法，在僅有10奈米的鈣鈦礦量子點上均勻地包覆一層有機保護層，研發出穩定性極高且有自我修復能力的量子點，它產生的單光子亮度更打破世界紀錄，成為室溫條件下最亮的量子光源材料，可望引領未來量子通訊及量子計算應用的重大突破。

 

將引領量子應用獲重大突破

這項研究成果是由林皓武指導博士生，與清華大學物理系副教授褚志崧、美國西北大學化學系教授夏勒（Richard Schaller）跨國合作共同完成。

 

林皓武指出，鈣鈦礦量子點可在室溫下實現單光子放光，且具有高量子產率、高色純度等優良的光學特性，可應用在高速的計算、通訊及螢幕，近年來在國際材料研究領域受到極大關注，它的缺點是壽命不長，激發發光後只能存活數分鐘，成為應用上難以突破的障礙。

 

過去其他研究單位製備鈣鈦礦量子點的方式，是直接將兩種溶液注入混合，林皓武研究團隊獨家研發噴霧合成法，大幅增加兩種溶液接觸表面積，可在量子點外表包覆一層均勻的有機保護層。

 

林皓武說，用這種噴霧合成法製備的鈣鈦礦量子光源，只要用其他量子光源約1%的能量激發，單光子亮度就能達到每秒900萬光子數，且它的高單光子純度也高達98%，兼具高亮度、高純度及高穩定度等眾多優點。

 

林皓武表示，以此方式製備的鈣鈦礦量子點還具獨特自我修復能力，在極高強度雷射激發下遭到損壞、亮度衰退後，只要休息幾分鐘，就能重新恢復高亮度。

 

這項研發成果最近登上國際期刊ACS Nano並被選為封面故事，有人將這種可以不斷再生的鈣鈦礦量子光源比喻為「黑科技」。

 

林皓武說，如果將製備量子點晶體的程序比喻為包水餃，過去科學家一直碰到水餃破皮問題，有人改用不同材料的水餃皮，也有人想辦法把水餃皮包厚一點或包兩層，「我做的事很簡單，就是不斷改良包水餃的手法」。