2021-04-07 20:56
記者 黃羿馨報導

清華大學材料系教授林皓武透過自行開發的噴霧合成法，在僅有10奈米的鈣鈦礦量子點上均勻地長出一層有機保護層，研發出穩定性極高，還有自我修復能力的量子點。它產生的單光子亮度能達到每秒900萬光子數，打破世界紀錄，成為室溫下最亮的量子光源材料，也是量子通訊及量子計算應用的重大突破。這項成果最近登上國際期刊ACS Nano後，不但被選為封面故事，還引發研究社群熱烈討論，將可不斷再生的鈣鈦礦量子光源比喻為「黑科技」。

指導博士生，及與清華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，比起其他的量子光源，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的關注。但它的缺點就是壽命不長，激發發光後只能存活數分鐘，成為應用上難以突破的障礙。

其他研究單位過去製備鈣鈦礦量子點的方式是直接將2種溶液注入混合，林皓武研究團隊則獨家研發噴霧合成法，大幅增加兩種溶液的接觸表面積，可在量子點外表包覆一層均勻的有機保護層，在連續24小時的高強度激發下，仍維持高亮度，一舉解決了鈣鈦礦量子點穩定性不佳的問題。

林皓武指出，用這種噴霧合作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，它的單光子亮度就能達到每秒900萬光子數，已創下世界紀錄，成為史上最亮的光子源；此外，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。

更令人驚喜的是，林皓武表示，以此方式製備的鈣鈦礦量子點還具有獨特的自我修復能力，在極高強度雷射的激發下遭到損壞、亮度衰退後，只要休息幾分鐘，就能重新恢復原來的高亮度。林皓武解釋，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的問題，有人只好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，「我做的則是不斷改良包水餃的手法。」