ความก้าวหน้าการวิจัยของเลเซอร์จุดควอนตัมคอลลอยด์

ความก้าวหน้าการวิจัยของเลเซอร์จุดควอนตัมคอลลอยด์
ตามวิธีการปั๊มที่แตกต่างกัน เลเซอร์จุดควอนตัมคอลลอยด์สามารถแบ่งออกได้เป็นสองประเภท ได้แก่ เลเซอร์จุดควอนตัมคอลลอยด์แบบปั๊มด้วยแสง และเลเซอร์จุดควอนตัมคอลลอยด์แบบปั๊มด้วยไฟฟ้า ในหลายสาขา เช่น ห้องปฏิบัติการและอุตสาหกรรมเลเซอร์ที่สูบด้วยแสงเช่น เลเซอร์ไฟเบอร์และเลเซอร์แซฟไฟร์ที่เจือด้วยไทเทเนียม มีบทบาทสำคัญ นอกจากนี้ ในบางสถานการณ์ เช่น ในสาขาเลเซอร์ไมโครโฟลว์แบบออปติคัลวิธีการเลเซอร์ที่ใช้การสูบแสงเป็นทางเลือกที่ดีที่สุด อย่างไรก็ตาม เมื่อพิจารณาถึงความสะดวกในการพกพาและขอบเขตการใช้งานที่หลากหลาย กุญแจสำคัญในการประยุกต์ใช้เลเซอร์จุดควอนตัมคอลลอยด์คือการให้ผลผลิตเลเซอร์ภายใต้การสูบไฟฟ้า อย่างไรก็ตาม จนถึงปัจจุบัน เลเซอร์จุดควอนตัมคอลลอยด์แบบสูบไฟฟ้ายังไม่ได้รับการพัฒนา ดังนั้น ด้วยการพัฒนาเลเซอร์จุดควอนตัมคอลลอยด์แบบสูบไฟฟ้าเป็นแนวทางหลัก ผู้เขียนจึงได้กล่าวถึงจุดเชื่อมโยงสำคัญของการสร้างเลเซอร์จุดควอนตัมคอลลอยด์แบบฉีดไฟฟ้า นั่นคือ การพัฒนาเลเซอร์แบบสูบแสงแบบคลื่นต่อเนื่องแบบจุดควอนตัมคอลลอยด์ จากนั้นจึงขยายไปสู่เลเซอร์สารละลายแบบจุดควอนตัมคอลลอยด์แบบสูบแสง ซึ่งมีแนวโน้มสูงที่จะเป็นเลเซอร์ชนิดแรกที่นำไปใช้งานเชิงพาณิชย์ โครงสร้างบทความนี้แสดงในรูปที่ 1

ความท้าทายที่มีอยู่
ในการวิจัยเลเซอร์ควอนตัมดอทแบบคอลลอยด์ ความท้าทายที่ใหญ่ที่สุดยังคงเป็นการหาตัวกลางสำหรับควอนตัมดอทแบบคอลลอยด์ที่มีค่าขีดจำกัดต่ำ ค่าเกนสูง อายุเกนยาวนาน และความเสถียรสูง แม้ว่าจะมีรายงานเกี่ยวกับโครงสร้างและวัสดุใหม่ๆ เช่น แผ่นนาโน จุดควอนตัมขนาดยักษ์ จุดควอนตัมแบบเกรเดียนต์ และจุดควอนตัมเปรอฟสไกต์ แต่ยังไม่มีการยืนยันจุดควอนตัมดอทเพียงจุดเดียวในห้องปฏิบัติการหลายแห่งว่าสามารถผลิตเลเซอร์แบบปั๊มด้วยแสงแบบคลื่นต่อเนื่องได้ ซึ่งบ่งชี้ว่าค่าขีดจำกัดเกนและความเสถียรของจุดควอนตัมดอทยังไม่เพียงพอ นอกจากนี้ เนื่องจากยังไม่มีมาตรฐานที่เป็นเอกภาพสำหรับการสังเคราะห์และการวิเคราะห์คุณลักษณะประสิทธิภาพของจุดควอนตัมดอท รายงานประสิทธิภาพเกนของจุดควอนตัมดอทจากหลายประเทศและห้องปฏิบัติการจึงแตกต่างกันอย่างมาก และความสามารถในการทำซ้ำยังไม่สูง ซึ่งเป็นอุปสรรคต่อการพัฒนาจุดควอนตัมดอทแบบคอลลอยด์ที่มีคุณสมบัติเกนสูง

ในปัจจุบัน เลเซอร์ปั๊มไฟฟ้าแบบจุดควอนตัมยังไม่ได้รับการตระหนัก ซึ่งบ่งชี้ว่ายังคงมีความท้าทายในการวิจัยฟิสิกส์พื้นฐานและเทคโนโลยีสำคัญของจุดควอนตัมอุปกรณ์เลเซอร์จุดควอนตัมคอลลอยด์ (QDS) เป็นวัสดุชนิดใหม่ที่สามารถประมวลผลได้ด้วยสารละลาย ซึ่งสามารถอ้างอิงได้จากโครงสร้างอุปกรณ์อิเล็กโทรอินเจกชันของไดโอดเปล่งแสงอินทรีย์ (LED) อย่างไรก็ตาม การศึกษาเมื่อเร็วๆ นี้แสดงให้เห็นว่าการอ้างอิงอย่างง่ายนั้นไม่เพียงพอสำหรับการสร้างเลเซอร์จุดควอนตัมคอลลอยด์แบบอิเล็กโทรอินเจกชัน เมื่อพิจารณาถึงความแตกต่างในโครงสร้างอิเล็กทรอนิกส์และโหมดการประมวลผลระหว่างจุดควอนตัมคอลลอยด์และวัสดุอินทรีย์ การพัฒนาวิธีการเตรียมฟิล์มสารละลายแบบใหม่ที่เหมาะสมสำหรับจุดควอนตัมคอลลอยด์และวัสดุที่มีฟังก์ชันการขนส่งอิเล็กตรอนและโฮลเป็นวิธีเดียวที่จะสร้างเลเซอร์ไฟฟ้าที่เหนี่ยวนำโดยจุดควอนตัม ระบบจุดควอนตัมคอลลอยด์ที่พัฒนาแล้วที่สุดยังคงเป็นจุดควอนตัมแคดเมียมคอลลอยด์ที่มีโลหะหนัก เมื่อพิจารณาถึงการปกป้องสิ่งแวดล้อมและอันตรายทางชีวภาพ การพัฒนาวัสดุเลเซอร์จุดควอนตัมคอลลอยด์แบบใหม่ที่ยั่งยืนจึงเป็นความท้าทายที่สำคัญ

ในอนาคต การวิจัยเลเซอร์ควอนตัมดอทแบบปั๊มด้วยแสงและเลเซอร์ควอนตัมดอทแบบปั๊มด้วยไฟฟ้าควรดำเนินไปควบคู่กันและมีบทบาทสำคัญเท่าเทียมกันในการวิจัยพื้นฐานและการประยุกต์ใช้ในทางปฏิบัติ ในกระบวนการนำเลเซอร์ควอนตัมดอทแบบคอลลอยด์ไปใช้งานจริง ปัญหาทั่วไปหลายประการจำเป็นต้องได้รับการแก้ไขอย่างเร่งด่วน และยังคงต้องศึกษาวิธีการใช้ประโยชน์จากคุณสมบัติและฟังก์ชันเฉพาะของเลเซอร์ควอนตัมดอทแบบคอลลอยด์อย่างเต็มที่