2026年2月24日——得益于现代LED技术，光的制造成本已降至历史低点，但红外光却是个例外。

芝加哥大学三位科学家宣布了一种创新性红外光制造方法。由于所需材料特殊，红外光制造长期以来比可见光更具挑战性。这种基于量子点的新方法不仅性能媲美甚至超越现有红外光源，制造工艺也更为简单。该研究团队希望这一突破能推动红外技术（广泛应用于医疗和汽车尾气检测等领域）实现更高性价比。该成果发表于2月24日的《自然·光子学》期刊。

“这种结构设计将功率转换效率提高了约100倍，”论文共同作者、芝加哥大学物理化学教授、詹姆斯弗兰克研究所成员菲利普·盖约-西奥内斯特表示，“这可能是目前所有材料中效能最高的中红外LED。”

红外光的奥秘

人类肉眼虽能观察大部分可见世界，却无法感知红外光谱中的光线，这使我们错失了许多精彩。例如，看似单调的飞蛾其实拥有惊艳的红外纹路；鲑鱼借助红外光洄游导航；蛇类依靠它夜间捕猎；植物则通过红外信号吸引传粉者。但人类要利用这种光线，必须借助特殊设备。

问题在于，红外光的能量特性使其制造与捕获比可见光更为困难。盖约-西奥内斯特实验室专精量子点研究——这种纳米粒子微小到需要万亿级聚集才能形成可见光点。该团队此前已开发出使量子点发射红外光的新技术，但希望进一步优化效能。

现就职于威斯康星大学麦迪逊分校的芝加哥大学博士校友沈星宇（音译，2025届）开发了可用于“打印”高质量量子点的特殊墨水。与此同时，博士后奥古斯丁·卡亚斯开始调整器件几何结构。

研究人员尝试了一个物理学上的经典方法：将电子与光的电磁场压缩至同一微观空间，以加速荧光效应从而增强亮度。最终优化的结构形似纳米级蝴蝶结——两个金三角在中间以60纳米厚度（相当于一分钟指甲生长长度）相接，中间留有极微小间隙。

当电流通过时，电子沿三角尖端逐级跃迁，在此过程中释放光子。测试显示，新器件效率较前代提升百倍。“其性能提升立竿见影，令人震惊，”卡亚斯表示。

这种制造方法远比当前商用红外光源采用的分子外延技术简单——后者需要在超真空环境下蒸发半导体材料并凝结成原子级薄层，耗时且设备昂贵。该工作有望推动红外LED、激光器和摄像设备的大规模应用。

红外技术用途广泛：从夜视热成像到光纤传感，从酒精检测仪到环境监测，医疗领域也正探索其在伤口愈合、关节炎及癌症治疗中的应用。沈星宇特别指出，该技术对传感器开发具有独特优势：“现有技术无法在同一芯片上集成多色红外光源，而我们的量子点打印方案能轻松实现多波长检测。”

器件制备使用了芝加哥大学普利兹克纳米加工中心的前沿光刻设备。