新型二维材料有望用于微纳激光器

时间:2021-11-25 09:11来源:网易作者:wuping 点击:
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摘要:据麦姆斯咨询报道,近期在科学期刊Nature Communications上发表的一篇文章(Spatial coherence of room-temperature monolayer WSe2 exciton-polaritons in a trap)中,由奥尔登堡大学(University of Oldenburg)的物理学家Hangyon Shan博士、Christian Schneider教授和Carlos Anton-Solanas博士领导的国际研究团队介绍称,一种仅由三个原子层组成的晶体在室温下可以发出类似激光的光。因此,这种新材料有可能在微型电路和

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据麦姆斯咨询报道,近期在科学期刊Nature Communications上发表的一篇文章(“Spatial coherence of room-temperature monolayer WSe2 exciton-polaritons in a trap”)中,由奥尔登堡大学(University of Oldenburg)的物理学家Hangyon Shan博士、Christian Schneider教授和Carlos Anton-Solanas博士领导的国际研究团队介绍称,一种仅由三个原子层组成的晶体在室温下可以发出类似激光的光。因此,这种新材料有可能在微型电路和未来的量子应用中用于微纳激光器。

迄今为止,科学家们只能在略高于绝对零度的温度下产生这种效应。奥尔登堡大学量子材料研究小组负责人Schneider说:“从低温到室温的转变使这些二维材料更具应用前景。”

该研究团队使用二硒化钨化合物进行了实验。这种化合物属于一类由过渡金属和硫、硒或碲元素之一组成的半导体。Anton-Solanas解释说:“这类半导体的单层晶体与光的相互作用非常强,一直以来被认为是微纳激光器的潜在基础。”

放置在“镜子”之间的单层晶体(中心位置)可以在室温下发出激光(来源:奥尔登堡大学)

就在去年5月,同一研究团队在Nature Materials期刊(“Bosonic condensation of exciton–polaritons in an atomically thin crystal”)上报道了单层二硒化钼半导体材料在低温下产生激光。

目前,研究人员已经到达了下一个里程碑,即在室温下产生了相同的效果。激光发射来自于由物质和光组成的混合粒子(称为激子极化子)。激子极化子是光粒子和激发态电子之间耦合的结果。当处于基态的电子被激发(例如通过激光)到更高能级时,就会形成激发态电子。几分之一秒后,它们会发出一个光粒子。当这个粒子被困在两个镜子之间时,它可以反过来激发另一个电子——这个循环一直持续到一个光粒子逃离陷阱。在这个耦合过程中产生的激子极化子结合了电子和光粒子(光子)的优异特性。

特别引人注目的是,如果产生足够多的激子极化子,它们就不再像单个粒子那样表现,而是合并成宏观量子态。样品的发光强度急剧增加表明发生了这种转变。就像激光器发出的光一样,产生的光辐射只有一种波长(可以说是单色的)。它还向特定方向辐射,并出现“干涉”现象,这一特性在物理学中称为“相干”。

为了证明二硒化钨的这种效应,该研究团队首先制作了厚度不到1纳米的半导体样品,并将它们放置在特殊的镜子之间。然后,物理学家们利用激光激发晶体,并使用各种技术研究样品的光辐射。他们发现了强有力的证据表明辐射必须来自具有光和物质特性的混合粒子。这使他们得出结论,在该半导体中确实形成了激子极化子。此外,研究人员还发现证据表明这些粒子已经合并成一个共同的宏观量子态。

Schneider解释说:“我们的研究结果让人们更加相信,二维材料适合作为新型纳米激光器(室温下工作)的平台——这是全世界各个研究团队近十年来一直在追求的目标。”今年5月,另一个研究团队也发现了在室温下单层晶体中激子极化子产生相干激光发射的证据。Anton-Solanas说:“这进一步说明我们的结果是正确的。”

此外,光与二维材料之间的强相互作用具有特殊的性质,使这些材料在光控电路方面有良好的应用前景。

【光粒网综合报道】( 责任编辑:wuping )
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