麻省理工学院研究人员开发了一种用于XR应用的纳米LED生长技术

2023年7月11日 – 麻省理工学院（MIT）的研究人员开发出一种将卤化钙钛矿纳米晶体集成到纳米尺度设备中的新技术。该技术可以实现纳米级发光二极管（纳米LED）的精确生长，这种纳米LED可能在增强现实（AR）和虚拟现实（VR）显示中具有潜在的应用。

卤化物钙钛矿是一类具有卓越光电特性的材料，非常适用于高性能太阳能电池、激光器和发光二极管（LED）。

迄今为止，由于卤化物钙钛矿的脆弱性和容易在常规制造过程中受损，将这些材料整合到纳米尺度一直是一个挑战。为了克服这个障碍，MIT的研究人员设计出了一种方法，可以在现场精确地生长单个卤化钙钛矿纳米晶体，并能在50纳米范围内控制其位置（一张纸的厚度为100,000纳米）。

根据MIT的说法，这种创新的新方法不仅可以精确控制纳米晶体的位置，还可以精确控制其尺寸，尺寸直接影响其特性和性能。通过在所需特性的局部生长材料，消除了传统光刻图案化步骤可能造成的损害。

MIT指出，这种技术可扩展、灵活，并与传统制造步骤兼容，适用于将纳米晶体整合到功能性纳米尺度设备中。研究者们成功利用这种方法制造了纳米级LED（纳米LED）阵列，这些纳米LED在电气激活时发出光。这些阵列在光通信、计算、无透镜显微镜、量子光源以及增强现实和虚拟现实的高密度、高分辨率显示中可能具有潜在应用。

研究人员的方法是创建一个纳米级模板，其中包含用于晶体生长的化学过程的小孔。通过修改模板表面和孔内部，研究人员能够控制一种被称为“润湿性”的性质，确保含有钙钛矿材料的溶液仅限于孔中。

这些孔的形状在确定纳米晶体定位方面起着至关重要的作用。通过改变孔的形状，研究人员能够调控纳米尺度力，实现晶体在所需位置的优先放置。此外，他们发现通过调整孔的尺寸，可以精确控制晶体的尺寸。

麻省理工学院的电气工程和计算机科学的EE Landsman职业发展助理教授、电子研究实验室（RLE）的成员及本研究的高级作者Farnaz Niroui表示：“正如我们的研究所展示的，为将纳米材料整合到功能性纳米器件中，开发新的工程框架至关重要。通过突破纳米制造、材料工程和器件设计的传统边界，这些技术可以使我们在极端纳米尺度的维度上操纵物质，帮助我们实现应对新兴技术需求的非传统器件平台。”

这项研究成果已发表在《自然通讯》上，跨学科团队包括电气工程、计算机科学和化学工程的研究人员。该工作得到了美国国家科学基金会和麻省理工学院量子工程中心的部分支持。

麻省理工学院表示，研究团队计划进一步探索这些微小光源的其他应用，并测试微型化的极限，以有效地将其纳入量子系统中。除了纳米级光源外，该过程还为开发基于卤化物钙钛矿的芯片纳米器件开辟了其他机会。