中国科学院 观察激子扩散的显微成像系统示意图
三种钙钛矿纳米晶体的吸收和光致发光光谱
(d-g)我们的三种钙钛矿型纳米晶体的成像结果，显示(d)激发样品的泵的尺寸，和(e-g)它们的光致发光的尺寸
较大尺寸的光致发光图像意味着激子在复合和发光之前要行进很长的距离
从这些尺寸，我们可以估计激子的旅行范围
信用:资金池 生产清洁能源和降低照明和个人设备的功耗是减少现代文明对环境影响的关键挑战
因此，对太阳能电池和发光器件的需求激增，促使科学家探索新的半导体材料并提高其性能，同时降低生产成本
半导体纳米晶体(尺寸约为10纳米的材料，比我们的头发薄约10，000倍)在这些应用中有很大的前景:它们生产成本低，可以很容易地集成在这些器件中，并且与它们的大块对应物相比，在与光相互作用时具有特别增强的特性
这种与光的强耦合使它们比传统半导体有明显的优势，从而为高效率器件铺平了道路
不幸的是，这种优势是有代价的:当半导体的尺寸减小时，电子不再能自由地穿过受其物理尺寸限制的材料
此外，它们大得多的表面需要使用钝化策略(例如
g
有机配体)来减少可能无意中进一步影响电荷传输的陷阱
因此，纳米晶体的实际广泛应用是有限的，并且它们的破坏性潜力不能被开发
在《光:科学与应用》杂志上发表的一篇新论文中，由新加坡南洋理工大学(NTU)的孙子建教授领导的一个科学家团队发现，由卤化物钙钛矿制成的纳米晶体具有非凡的能量传输特性，可以取代电荷的传输，并可能为在高效器件中实现这些材料开辟新的途径
教授
Sum和他的团队已经率先研究了这些材料中的电荷输运
2013年，该团队报道了块状卤化物钙钛矿前所未有的电子传输特性，这一发现支持了卤化物钙钛矿在随后几年的成功
整体而言，光的激发产生电荷(电子和空穴)，电荷扩散到各自的电极，以电流形式提取
在纳米晶体中，光激发产生激子，激子通过能量转移传播
激子在电极上解离，并以电流的形式提取出来
信用:资金池 在这项工作中，教授
Sum的团队证明了令人惊讶的是，纳米晶体薄膜可以非常有效地传输能量
如图1所示，该团队使用显微镜成像系统，以强光发射为探针来“可视化”能量传播
虽然负电荷和正电荷(分别是电子和空穴)不能单独在这种纳米结构材料中传输，但它们可以组合在一起，形成所谓的“激子”一起传输，如图2所示
这些材料的能量迁移率超过其他传统纳米结构，如硒化镉(CdSe)量子点超过1个数量级
此外，与块状卤化物钙钛矿中的电荷相比，能量甚至可以在这些材料中传播得更远
“这个结果是前所未有的
当你减小一种材料的尺寸时，通常意味着你减小了电荷在材料内部可以移动的最大距离
然而，在卤化物钙钛矿中，当你将它们的尺寸缩小到量子尺寸时，这些电荷设法将它们自己排列成激子，并找到了不同的传播方式
在你缩小它们的尺寸之前，它们现在的活动范围甚至比它们最初的活动范围还要长
大卫·乔瓦尼和博士
该书的两位主要作者马塞洛·里歇托也做出了同样的贡献
在这里，确定了两种能量传输机制:激子在不同的纳米晶体之间非常有效地“跳跃”，并且它们的传输由被捕获在膜内并因此被重吸收的发射光辅助
科学家首次提供了区分这两种贡献的方法
虽然下一个挑战是直接为实际设备实现这些非凡的特性
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激子必须分裂成正电荷和负电荷，才能产生可检测的电流)，这一长程能量传输及其机制的发现提供了将纳米结构用于器件的新方法
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