美国海军研究实验室(NRL)的科学家在美国化学学会(ACS)期刊ACSNano上发表的一篇文章中确认了一类具有明亮基态激子的新型半导体纳米晶体，这是光电子领域的一个重大进步。

一般来说，纳米晶体中能量最低的激子发射较差，因此被称为“暗”激子。由于暗激子会减慢光的发射速度，因此会限制基于纳米晶体的器件(如激光器或发光二极管(LED))的性能。科学家长期以来一直在寻求攻克暗激子的方法。

“我们着手寻找激子顺序颠倒的新材料，这样最低能量的激子就是亮的，”先进功能材料理论部门的JohnLyons博士说道。“通过基于理论模型的标准搜索开源材料数据库，我们确定了150多个目标。我们利用先进的第一性原理计算进一步缩小了这个名单，最终确定了28种亮激子纳米材料候选材料。”

对这些材料进行更详细的建模表明，至少有四种材料可以在纳米晶体中产生明亮的基态激子。“这一发现是与苏黎世联邦理工学院(ETH)的DavidNorris教授和能源有机无机混合半导体中心(CHOISE)的PeterSercel博士合作完成的，可能为超亮和高效发光设备、激光器和其他技术的开发铺平道路，”Lyons说。

“在我们的研究中，我们已发现几种能够发射从红外线到紫外线等广泛光谱的亮激子材料，”Efros说道。“这种多功能性使它们在光电应用中非常有用。能够设计出具有如此广泛光谱范围的亮激子态纳米晶体，为制造更好、更高效的LED、太阳能电池和光电探测器开辟了新途径。”

通过解决暗激子问题，海军研究实验室的科学家希望刺激大型纳米材料界攻克亮激子纳米结构，这一领域已经停滞太久了。如今，海军研究实验室正在培育其中三种材料，这是纳米科学研究所计划的亮纳米晶体发射器计划的一部分，旨在最终在实验室中展示亮激子行为并将其用于未来的海军技术。

“我们的研究结果证明了高通量计算筛选、纸笔理论和电子结构高精度计算相结合的强大力量，”迈克尔·斯威夫特博士说。“任何一种技术单独使用都不够，但我们共同发现了新的超亮纳米晶体，并在未开发的材料类别中释放了明亮激子的力量。”

先进功能材料理论科开展功能、结构、生物和电子材料系统的基础和应用研究。该科开创了模拟材料和系统的新方法，包括计算和理论技术的原创开发、现有方法的修改以及将既定方法应用于新材料和新领域。该科的目标是利用理论和模拟来理解、改进和开发当前和未来海军重要材料。

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