近日，北京理工大学团队针对胶体半导体纳米棒单光子源难以同时实现高荧光量子产率、强线偏振发射与高纯单光子输出的技术瓶颈，开发出CdSe/CdZnS梯度合金核壳纳米棒，实现高性能室温偏振单光子发射（图1）。相关成果以“Gradient Alloy CdSe/CdZnS Nanorods as Polarized Room‑Temperature Single‑Photon Sources”为题发表在国际知名学术期刊《Nano Letters》上，论文共同第一作者为前沿交叉科学院博士研究生王清亚、材料学院博士后曾毅成，通讯作者为前沿交叉科学院刘方泽教授、材料学院李红博教授。

图1：梯度合金 CdSe/CdZnS 纳米棒光学性能示意图

量子密钥分发、光量子计算、量子计量等新兴量子技术的发展，对高性能室温单光子源有着迫切需求。胶体半导体纳米棒具备溶液可加工、发光波长可调、本征线偏振发光等优势，是极具潜力的固态单光子发射材料。但传统二元壳层纳米棒体系中，激子限域与晶格应变调控存在相互制约，很难同步获得高荧光量子产率、强偏振特性与高纯单光子发射。增大纳米棒长径比可以提升偏振度，但会积累界面晶格应变，引入缺陷，降低发光效率；壳层带隙差大可以实现强载流子限域，但晶格失配严重，会诱发界面缺陷，制约器件综合性能提升，这成为该领域亟待突破的关键难题。

针对上述挑战，研究团队采用梯度合金壳层策略，制备一系列不同长径比的 CdSe/CdZnS核壳纳米棒。梯度合金壳实现从CdSe核向外ZnS壳层的组分平滑过渡，有效缓解核‑壳之间晶格失配，降低界面应变，同时维持优异的激子限域能力。当长径比为3.8时，该纳米棒实现接近100%的光致发光量子产率，线性偏振度可达0.76，几乎完全抑制荧光闪烁，单光子纯度优异，二阶关联函数g2(0) = 0.068。随着长径比进一步提升至13，电子波函数离域效应增强，纳米棒荧光量子产率下降，闪烁现象重新显现。团队借助功率统计分析，揭示长径比调控纳米棒亮态/暗态动力学的内在物理机制，阐明纳米棒几何形貌、激子复合动力学与单光子发射行为之间的系统关联。

图2：单粒子光学性能分析

单颗粒光学测试结果表明（图2），长径比3.8的梯度合金纳米棒可以长时间稳定发光，无明显光漂白和闪烁效应，亮态占比高，综合性能处于已报道胶体纳米晶单光子源的先进水平。高长径比样品出现闪烁行为源于激子离域加剧，增强与表面浅陷阱的耦合，但其闪烁表现为可逆的载流子俘获‑脱俘获过程，并未发生不可逆光降解，证明梯度合金壳层能够有效抑制深能级表面缺陷的生成。该工作建立了各向异性半导体纳米晶的材料设计准则，为开发高亮度、高偏振、高稳定性室温量子光源提供了重要实验依据与理论指导，对推动胶体量子光电器件的发展具有重要意义。

论文详情：Q. Wang, Y. Zeng, M. Li, et al. Gradient Alloy CdSe/CdZnS Nanorods as Polarized Room‑Temperature Single‑Photon Sources. Nano Letters, 2026. DOI: 10.1021/acs.nanolett.6c03256.

原文链接：https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.6c03256

附主要作者介绍：

刘方泽，北京理工大学前沿交叉科学院教授、博导，国家级海外高层次青年人才。研究方向为低维半导体材料合成与光电探测器件，在Nat. Commun.、Sci. Adv.、Mater. Today、ACS Energy Lett.、ACS Nano等发表论文100余篇，总引用4000余次，H因子30，成果获2019年R&D 100 Award金奖。

李红博，北京理工大学材料学院/前沿交叉科学院教授、博导，国家级海外高层次青年人才。中国感光学会青年理事副主任、北京话学会理事、《中国材料进展》青年编委、《Energy Materials Advance》副主编、《Nano Research Energy》青年编委。研究方向为无机半导体纳米晶的可控合成及光电器件，在Nature Energy、Nature Photonics、Nano Letters等发表论文100余篇，引用9000余次。