近期，華南師範大學資訊光電子科技學院蘭勝教授課題組與中山大學物理學院的李俊韜教授和劉進教授、電子資訊技術學院的佘俊聰教授、以及暨南大學資訊科學與技術學院的徐毅教授合作，在單晶矽納米白光光源的研究中取得重要進展，研究成果以“Crystalline Silicon White Light Sources Driven by Optical Resonances》為題發表在國際權威期刊Nano Letters上（影響因數：11.238）。資訊光電子科技學院博士生向進和潘麥銘成為共同第一作者，蘭勝教授和李俊韜教授為共同通訊作者，華南師範大學為第一完成單位。
作為二十世紀最重要的發明，集成電路和電腦將人們帶入了資訊時代。由於構成集成電路的電晶體主要是採用矽（Si）製造的，囙此矽被認為是最重要、應用最廣泛的電晶體。除了電子器件，矽在製造光學器件方面（例如光波導、光探測器以及太陽能電池等）也表現出非常卓越的效能。隨著資訊技術的發展，人們逐漸認識到光子最終將取代電子成為資訊的主要載體，而現時用於信號處理的集成電路也必將被集成光路所替代。囙此，用於實現全光資訊處理的全矽集成光路便成為這一領域科學家和工程師的奮鬥目標。
現時矽已經被用於製作光波導和探測器，但是，矽基光源，尤其是單晶矽光源，仍然是困擾科學家的難題。由於矽是一種間接帶隙半導體材料，其體資料光發射的量子效率僅有10-7。儘管利用量子尺寸效應，多孔矽和矽量子點發光有所改善，但是它們無法被應用到集成光路中。
近年來，蘭勝教授課題組在這一國際前沿領域開展研究工作，在基於矽/砷化鎵納米顆粒的發光、顯示和探測等方面取得了一系列研究進展，陸續發表在國際權威期刊上[Nano Lett. 17，4853（2017）；Nat. Commun. 9，2964（2018）；Laser & Photon. Rev.12，1800032（2018）；Adv. Opt. Mater. 8，2000489（2020）；Nanophotonics 9，133（2020）；Phys.Rev.Appl.13014003（2020）；Nano.Lett.（https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.0c04706，2021）]。在前期研究的基礎上，他們提出了利用各種光學共振進一步提升矽納米顆粒熱電子螢光量子效率的方法。這些光學共振包括石英襯底上矽納米顆粒的磁偶極共振、金/銀膜襯底上矽納米顆粒的鏡像磁偶極共振、以及藍寶石襯底上矽納米柱的表面晶格共振。利用飛秒鐳射脈衝激發矽納米顆粒的這些光學共振，可以在矽納米顆粒中注入超高濃度的載流子，同時導致矽顆粒溫度的大幅上升，觸發矽顆粒的本征載流子激發，為導帶提供了大量的熱電子同時進一步加劇了俄歇過程。高濃度的載流子顯著改變了矽納米顆粒的載流子動力學行為（包括輻射和非輻射複合壽命），使螢光量子效率相對於體矽大幅提升了7個數量級，最高達到8%左右，導致類似受激輻射放大的行為，出現螢光爆亮。實驗發現，在金/銀膜襯底上矽納米顆粒，其螢光爆亮的閾值比石英襯底上的要低一個數量級，而且可以長時間穩定發射白光。這種爆亮行為在利用現代矽片制造技術製備的矽納米柱中也被觀察到，意味著可集成單晶矽白光光源已經稱為可能，並為下一步研製可集成單晶矽雷射光源奠定了堅實的理論和實驗基礎。
論文連結：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.0c04314