三维纳米光学结构在表面等离子体、光学晶体及超材料等方面有着极大的优势。相比于二维纳米光学结构，三维结构为光电器件中的光响应操控提供了新的操控自由度。然而，胶体量子点光电器件由于其对表面配体及表面化学的依赖。传统微纳加工方法将极大地影响胶体量子点器件的掺杂浓度、载流子迁移率及器件稳定性等。

针对此项挑战，来自芝加哥大学的研究团队提出了基于纳米压印方法在胶体量子点器件中直接制备准三维纳米光学结构的方案。实验结果推翻了此前普遍认为胶体量子点器件不可压缩及不可压印的观点。首次证实胶体量子点薄膜泊松比约为0，并获得了接近30%形变率。最小压抑尺寸< 170nm。在量子点薄膜中制备了多种功能性光学结构。通过将纳米压印与量子点器件结合，获得了首个中波红外量子点双偏振光探测器。

图1. (a) 传统微纳加工方法仅能在基底制备二位光学结构。 (b) 本文提出地纳米压印方法流程示意图。 (c) 纳米压印中所使用地硅基模板光学及扫描电镜图。 (d) 量子点器件中所压印的微纳结构扫描电镜图。(e) 基于纳米压印方法在量子点表面制备的复杂图形，包括芝加哥大学校徽、第一作者头像及芝加哥天际线图片。

图2. 纳米压印所制备的复杂准三维结构。

图3. (a) 基于纳米压印法在量子点薄膜中直接制备的偏振滤光线栅结构。(b) 偏振滤光结构红外透射光谱。(c) 基于纳米压印法在量子点薄膜中直接制备的长波导通滤光片。(d) 量子点薄膜中直接制备的长波导通滤光片红外透射光谱。

图4. (a) 量子点双偏振红外探测器结构示意图。(b) COMSOL偏振光透射率仿真。(c) 通过直接压印法制备的量子点偏振探测器截面电镜图。(d) 器件偏振光响应。

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Direct Imprinting of Quasi-3D Nanophotonic Structures into Colloidal Quantum-Dot Devices

Xin Tang, Menglu Chen, Matthew M. Ackerman, Christopher Melnychuk, Philippe Guyot-Sionnest

Adv. Mater., 2020, DOI: 10.1002/adma.201906590