纳米级光谱学支持光电子器件架构
发布时间：2023-04-21 00:00:00.000Z
基于异质结构的二维半导体作为电子行业潜在的下一代材料正在吸引人们的注意。然而，由于其准粒子本身的物理特性不能被精确控制，这些材料的商业化具有挑战性。
浦项科技大学（POSTECH）和ITMO大学的研究人员解决了这一瓶颈问题，制作了一个尖端增强光致发光（TEPL）光谱系统，在一个小空间内控制二维材料的准粒子。该光谱系统可在室温条件下动态控制准粒子的物理特性。此外，它可以用来实时分析半导体准粒子的光学特性。
研究结果支持了基于异质结构的二维半导体的应用潜力，并可能催生出利用TMD（过渡金属二氯化物）异质层开发纳米赋形剂和纳米三离子器件的新策略。该技术也有望用于开发高亮度、超薄、可穿戴的光电设备。
利用空间分辨率约为20纳米水平的TEPL光谱技术，研究人员证明了对TMD异质层形成的层间激子和层间三子的动态控制。当TMD被分离成一个单层时，它被转化成一个二维薄膜，表现出与高性能半导体相同的特性。TMD类型的不同组合和TMD层的不同叠加方法可以产生一系列不同的特性。
TMD异质层的层间激子是电中性的准粒子，表现出光致发光，这是半导体的一种特性；层间激子可以用于热量有限的半导体设备，因为它们是由光和物质组成的。它们还可以作为量子信息技术的光源，因为它们比激子有更长的相干时间。
然而，层间激子在室温下的发光效率很低，而且很难调控其发光能量。
为了克服这些挑战，POSTECH-ITMO的研究人员开发的尖端增强光谱技术可以通过千兆帕（GPa）规模的压力和近场强度进行调整。
研究人员展示了带隙可调的层间激子以及层间三子和层间激子之间的动态相互转换，使用了尖端诱导的GPa级压力工程和质子热电子注入的组合，同时从该系统获得了光谱TEPL测量。TEPL光谱系统将层间激子的发光效率提高了约9000倍，并且能够动态地调节其发光能量。该系统的基于尖端的热电子注入技术能够动态控制层间激子和层间三子之间的准粒子转换。
据研究人员称，他们的方法首次提出了扫描尖端热电子调节器，可以以完全可逆的方式精确控制热电子转移率或三子转换率。
这项研究发表在《光： 科学与应用》（www.doi.org/10.1038/s41377-023-01087-5）。
