通过半导体纳米线 (NWs) 中的光学过程进行能量上转换对纳米光电子学和纳米光子学中的各种应用具有重要意义。其主要挑战之一是实现高上转换效率，从而实现器件性能的宽动态范围，即使在低激发功率下也能实现高效上转换。近日，林雪平大学Irina A. Buyanova，Mattias Jansson等证明了通过双光子吸收 (TPA) 的能量上转换效率可以在核/壳 NW 异质结构中显著提高，该异质结构通过具有长载流子的窄带隙区域的带态提供真实的中间TPA步骤寿命，满足高效两步TPA的所有必要要求。
本文要点：
1）研究表明，在径向 GaAs(P)/GaNAs(P) 核/壳 NW 异质结构中，与组成材料相比，上转换效率提高了 500 倍，即使在低至 100 mW/cm2 （相当于1 日照度）的激发功率下也是如此。
2）通过设计纳米线内部激发光的电场分布，使上转换效率可以进一步提高 8 倍，从而在异质结构的所需区域内最大化光吸收。
该工作报道的方法在通过探索核/壳 NW 异质结构来提供有效光子上转换方面的非常有效，产生的上转换效率是半导体纳米结构中报道的最高效率之一。此外，该工作为提高 NW 异质结构中能量上转换的效率提供了设计指南。
Mattias Jansson, et al. Designing Semiconductor Nanowires for Efficient Photon Upconversion via Heterostructure Engineering. ACS Nano, 2022
DOI: 10.1021/acsnano.2c04287
