研究人員開發薄如原子的激子激光器

　　二維激子激光器的實現向下一代超緊湊光子和光電子器件邁出了重要一步，美國能源部的勞倫斯伯克利國家實驗室的科學家將單層二硫化鎢嵌入到特殊的微型磁盤諧振器中實現了可見光波段的明亮激子激射。

　　伯克利實驗室材料科學係主任Xiang Zhang說：“我們從二硫化鎢的單分子層觀察到了高品質的激子激射，標誌著向用於高性能光通信和計算機的二維光電芯片邁出了重要一步”。研究成果發表在《Nature Photonics》上。

　　當今納米技術世界研究最熱門的材料是二維過渡金屬二硫化物(TMDCs)，這些二維半導體具有卓越的能效而且電子傳導速度比矽快，而且與石墨烯不同的是TMDCs具有自然帶隙使其電導可以在“開或關”之間切換，比石墨烯更適合製造設備。雖然單分子層二硫化鎢廣泛被認為是最有前途的TMDCs光子與光電子應用材料，但是直到如今都沒有實現相幹光輻射或激光，更不用提芯片應用。

　　TMDCs在光與物質相互作用上顯示出非凡的激子特性，如果材料薄到單層這種特性能引起電子能帶結構的量子限製和晶體對稱作用。然而，對於二維激射，微腔的設計和製造提供了高光學模式限製因子和高品質Q值。

　　在先前的研究中，Zhang和他的研究小組已經開發出了“回音壁微腔”的等離子體，電磁波橫跨金屬表麵滾動。基於背向耳語原理（在一個空間輕聲口語，而後在圓頂天花板下方在腔室的相對側可以清楚地聽到）這個微小尺寸的等離子體金屬腔大大加強和提高了光發射的Q因子。在這項新研究中，Zhang和他的團隊的微腔技術將等離子體改為激子，在單層分子內使光激發單層電子/空穴對。

　　“我們的激子激光器，放棄了金屬塗層，設計了支持電介質回音壁模式而不是電漿模式的微盤諧振器，具有低損耗高Q因子，”共同第一作者Ye介紹，“當單層二硫化鎢作為增益介質夾在兩層電介質之間時，我們創造了潛在的超低閾值激射。”除了光子和光電應用以外，2D激子激光技術還有潛力應用於valleytronic，就是電子的自旋和動量通過晶格作為波的能量峰值和峰穀來移動從而實現數字信息編碼。Valleytronic被視為量子計算自旋電子學的替代技術。

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