無重金屬量子點實現了高速、人眼安全的激光雷達突破

2025年04月05日17:10:26 科學 6079

激光雷達是一種使用激光脈衝計算距離的系統,類似於聲納使用聲波的方式。

無重金屬量子點實現了高速、人眼安全的激光雷達突破 - 天天要聞

到達地球的光有各種各樣的頻率,其中一些對我們來說是可見的,而另一些則不是。在這些頻率中,短波紅外(swir)以其獨特的特性脫穎而出,使其對光探測和測距(lidar)系統非常有用。

激光雷達是一種使用激光脈衝計算距離的系統,類似於聲納使用聲波的方式。

swir波的獨特之處在於,它們不會穿過人眼的角膜和晶狀體到達視網膜,這是危險的。這使得swir眼睛安全,是激光雷達系統等實際應用的理想選擇。

光子科學研究所(icfo)的研究人員展示了一種合成碲化銀(ag₂te)膠體量子點的新方法。量子點在激光雷達系統中用作光探測器(或光電探測器)。

新方法解決了傳統swir光電探測器所面臨的挑戰,傳統swir光電探測器在量子點組件中使用有毒重金屬,如鉛或汞。

碲化銀膠體是一種更環保的替代品,之前已經研究過用於量子點。儘管它們具有潛力,但一些障礙限制了它們的廣泛使用。

這項新研究通過優化碲化銀膠體量子點的表面工程來解決這些挑戰,以獲得最大的效率,同時仍然是環保的。

與量子點有關的毒性

量子點是直徑在2至10納米範圍內的小半導體粒子。為了進行比較,大約15000個量子點可以沿着人類頭髮的寬度彼此相鄰排列。

量子點內的電子是受限的。這些量子約束效應導致了所見的獨特的電學和光學性質。

有毒金屬用於其組件源於其固有的穩定性和光電子(光和電)特性,這使它們成為一個很好的候選者。

雖然有更安全的替代品,如碲化銀膠體,但它們受到噪音、反應時間慢和光探測範圍有限的挑戰,影響了它們探測明亮和昏暗光線的有效性。

表面工程

研究人員通過兩個步驟來解決這些挑戰。

他們首先優化了碲化銀膠體量子點的合成。改進工藝使他們能夠消除半導體顆粒上的表面缺陷,這些缺陷已知會降低效率。

第二步是創新的所在,發生在合成後。研究人員在合成後將硝酸銀塗在量子點的薄膜上。

摻雜的過程包括使用硝酸銀,將雜質引入量子點,改變它們的電子特性。

在這些量子點中,硝酸銀將量子點從p型半導體變成了n型半導體。p和n表示材料中的電流是由正電荷還是負電荷產生的。

p型量子點表現出低性能和高暗電流,而n型量子點則沒有這個問題。

人眼安全的激光雷達應用

研究人員測試了由碲化銀膠體量子點製成的swir光電探測器的性能。

光電探測器顯著降低了暗電流,降低了噪聲,提高了精度。在捕獲給定波長的光時,該設備的效率為30%,這表明該設備在探測光方面的效率有所提高。

此外,探測器的快速響應時間僅為25納秒,使其能夠準確測量距離。最後,探測器可以處理更大範圍的光強度。

利用這些對環境友好的量子點,研究人員為swir激光雷達系統建立了第一個概念驗證。該樣機精確測量了10米以上的距離,誤差範圍僅為0.1米。

這一發現對於這些系統在環境監測、消費電子和地圖繪製等領域的潛在應用來說是令人鼓舞的。

“在項目開始時,我們沒有預料到最終設備性能會有如此重大的飛躍,”ifco的合著者王永傑(音譯)博士在一份新聞稿中說。

這項研究的結果發表在《先進材料》雜誌上。


如果朋友們喜歡,敬請關注“知新了了”!

科學分類資訊推薦

打破壟斷!我國硅光電倍增器實現國產化 - 天天要聞

打破壟斷!我國硅光電倍增器實現國產化

近日,我國高性能硅光電倍增器(SiPM)國產化取得重大突破。記者從中廣核核技術發展有限公司獲悉,由其旗下中廣核京師光電科技(天津)有限公司打造的高性能硅光電倍增器封裝產線成功通線,並提前達成器件良率超90%的目標,標誌着國內高性能硅光電倍增器產品實現國產化,打破國外長期壟斷局面。中京光電生產的高性能硅光電...
噩耗!發現遺體,DNA確認是她! - 天天要聞

噩耗!發現遺體,DNA確認是她!

6月24日,海南瓊海警方發布通報:6月23日上午11時,公安機關在瓊海市嘉積鎮萬泉河路月亮灣小區附近河道內發現一具遺體,與6月20日晚李某欄失蹤時衣着一致,經現場勘查衣着完整,體表無外傷。通過DNA檢驗,確認死者系失聯學生李某欄。經走訪調查死者家屬、醫院醫生,確認李某欄近期在多家醫院診斷患有抑鬱症(有多家醫院就診...
“王菲星”獲命名!追的星真的成了天上的星 - 天天要聞

“王菲星”獲命名!追的星真的成了天上的星

記者從國際天文學聯合會小天體命名工作組(WGSBN)發布的官方公告中獲悉,6月9日,經國際天文學聯合會小天體命名工作組批准,由國際上最多產的小行星獵手之一楊光宇發現的編號第34815號小行星被正式命名為“王菲星”。
宇宙“失蹤物質”散在星系間 - 天天要聞

宇宙“失蹤物質”散在星系間

宇宙中超半數普通物質(主要是由質子組成的重子物質)長期不知所蹤,這一謎團困擾了天文學家數十年。如今,美國哈佛—史密森尼天體物理中心與加州理工學院在新一期《自然·天文學》雜誌上發表研究稱,宇宙中四分之三的普通物質其實就藏身於星系間的稀薄氣體內