扭转范德华材料构建量子阱结构…有望应用于应对传染病的下一代卫生技术
依靠现有半导体技术几乎难以实现的深紫外波段高效率发光新材料，已由国内研究团队成功开发。这一成果克服了长期被视为紫外发光二极管（LED）最大难题的低效率问题，其向应对传染病的下一代杀菌技术扩展的可能性备受关注。
科学技术信息通信部表示，由 Pohang University of Science and Technology 教授 Kim Jonghwan 与基础科学研究院事业团长 Cho Munho 共同率领的联合研究团队，开发出一款将深紫外发光效率较以往提升20倍的新材料。研究结果发表在全球最高权威学术期刊之一《Science》上。
扭转堆叠制成“量子阱”…发光效率提升20倍
本次研究的核心在于“扭转堆叠结构”。研究团队利用原子层之间以弱相互作用力结合的范德华半导体材料——氮化硼（BN），证实当以不同角度进行堆叠时，会形成一种能够强烈束缚电子的新型量子结构。该结构被称为“莫尔量子阱”，可在纳米级空间内束缚电子，从而高效释放高能量光。
传统紫外LED一直在氮化镓（GaN）基半导体上，通过掺入铝元素，采用铝镓氮（AlGaN）材料向深紫外波段扩展。然而，在200～240纳米区间，发光效率会急剧下降至1%以下，存在明显的性能瓶颈。
研究团队通过BN莫尔量子阱结构突破了这一极限。在相同条件下，该结构的发光效率较传统AlGaN基结构提高了20倍以上，同时还证实仅通过调节扭转角度即可控制发光波长。这意味着无需改变化学组分，仅依靠结构设计就能调控器件性能。
这一成果还成功实现了实际器件的制备。研究团队采用石墨烯电极，成功制成通电即发光的LED器件，并在低电流条件下也观察到清晰的深紫外发光。这表明相关技术有望从实验室阶段走向实际光电子器件应用。
尤其是波长在200～230纳米的深紫外光，因无法穿透皮肤角质层，被认为对人体相对安全，却同时具备强大的杀菌效果。目前商用紫外光（约260纳米）因人体暴露存在风险，其应用受到限制，因此，本项技术有望作为医院、学校、公共交通等人员密集场所可实现常态化消毒的下一代卫生技术。
Pohang University of Science and Technology 教授 Kim Jonghwan 表示，这是“将范德华材料中出现的量子现象从二维扩展到三维的一次概念性转变”，并称“将成为下一代光电子器件与量子材料设计的起点”。
本研究通过科学技术信息通信部基础研究项目及基础科学研究院资助项目实施。研究团队今后计划进一步开展高效率深紫外光源器件开发，并向多种量子光电子器件应用方向扩展研究。
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