可单独控制的纳米级发光小灯

有机半导体技术中，OLED等器件正朝着微型化发展，以满足虚拟现实（VR）、增强现实（AR）等显示设备对高像素密度的需求。然而，当像素尺寸减小到亚波长（小于光波长）级别时，传统垂直堆叠结构面临两大挑战：一是纳米电极边缘的尖锐轮廓会导致局部电场增强，引发电荷载流子传输失衡和金属丝（细丝）形成，加速器件失效；二是光输出效率随像素尺寸减小而大幅降低。

为解决这些问题，研究团队提出了一种新的OLED架构：在金属纳米电极（如金电极）表面覆盖绝缘层，仅在电极中央平坦区域留下纳米孔径（纳米级的开口）。这种设计能钝化电极边缘和角落，将电荷注入限制在电场分布均匀的纳米孔径内，从而抑制金属丝生长，实现可控的电荷载流子复合。同时，采用等离子体金贴片天线作为底部阳极，利用其增强光提取效率。

研究首先在空穴单极器件中验证了该方法的有效性：金纳米电极经纳米孔径修饰和界面层功能化后，开启电压低至1.9V，在20V电压下仍保持稳定，器件成功率超90%，且具有良好的重现性。随后，将这种纳米孔径电极集成到垂直堆叠的OLED结构中，制备出300纳米×300纳米的亚波长像素。该纳米OLED像素实现了1%的外量子效率（EQE，衡量光输出效率的关键指标）、3000坎德拉/平方米的最大亮度，以及超过视频帧率的快速响应（上升时间50微秒，下降时间100微秒）。

进一步研究表明，纳米孔径设计有效平衡了纳米尺度下的电荷注入，而金贴片天线通过等离子体模式增强了光耦合，两者共同克服了纳米光电器件的电子和光学瓶颈。这种方法具有可扩展性，未来通过优化有机层堆叠、天线设计和纳米制造工艺，有望应用于超高分辨率显示（如像素密度超10000像素/英寸）和光子集成电路等领域。