胶体量子点是实现可溶解加工激光二极管的有吸引力的材料。实现这一目标的主要挑战是由于非辐射俄歇复合导致的快速光学增益松弛，以及在获得光学增益所需的高电流密度下胶体量子点固体的稳定性差。 在这里，来自美国的研究人员解决了当前存在的主要问题，实现了跨越带边（1S）和高能（1P）跃迁的宽带光学增益。这种演示是通过具有强烈抑制俄歇复合的连续梯度量子点和电流聚焦器件设计。使用这种方法，实现了超高电流密度（约1000 A cm−2）和亮度（约1000万cd m−2），并展示了一种不同寻常的双带电致发光模式，其中1P带比1S特征更强烈。这意味着实现了每点高达8激子的超大量子点占据率，这对应于1S和1P电子壳层的完全填充。相关论文以题目为“Two-band optical gain and
ultrabright electroluminescence from colloidal quantum dots at 1000 A cm−2”于2022年发表在Nature Communication 期刊上。 论文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-022-31189-4
由于量子点的多重简并性，实现光学增益需要有源介质中至少一部分量子点用多激子激发。使用最近开发的“连续梯度”CdSe-/CdxZn1-xSe量子点可以缓解快速俄歇衰变的问题，其中由于消除了限制电位中的尖锐不连续性，俄歇复合受到强烈抑制。这些点作为光学增益材料表现出了优异的性能，特别是可以演示具有电激励的带边（1S）光学增益，并实现作为光泵激光器和标准发光二极管（LED）工作的双功能器件。当前器件主要障碍是由于溶液处理电荷传输层（CTL）的导电性差和器件内各种界面处的高接触电阻引起的焦耳加热导致的器件损坏。由于热激活载流子陷阱、表面钝化变形和晶格缺陷的产生，器件过热会导致量子点发射效率下降，尤其是在核/壳界面处。包括有机空穴传输层（HTL）的热损伤。 在这里，作者展示了能够产生超过1000 A cm−2电流密度的胶体量子点LED。因此，将设备亮度提高到约1000万cd m−2。相应的每点占有率达到每点约8激子，表明带边（1S）和高能（1P）跃迁的完全布居反转。这种前所未有的情况是通过将量子点整合到由短电脉冲驱动的电流聚焦器件中来实现的。量子点的梯度电势导致俄歇衰减受到抑制，通过降低所需电流密度简化了高阶多激子态的实现。同时，使用电流聚焦和脉冲泵浦有助于限制有源量子点体积中的热量积聚，从而提高器件在高电流密度。本工作代表了一条通往长期追求的目标——溶液可加工激光二极管（文：爱新觉罗星）