近日據外媒報道，一支由物理學家組成的國際團隊經過研究發現，僅(jin) 由三個(ge) 原子層組成的晶體(ti) 能夠在室溫下發出類似激光的光，該材料未來將有可能用於(yu) 微型電路以及量子應用中的光源。該研究論文刊登在近期出刊的《自然通訊》上。

原子級的超薄過渡金屬二硫屬化物晶體(ti) 因其高光物質耦合強度，被認為(wei) 是對光電子和納米光子應用極具價(jia) 值，並且適合作為(wei) 微激光器和納米激光器的增益材料。該論篇文也指出，強庫侖(lun) 相互作用力是這些材料在室溫下進行光學響應的主導原因，這使得它們(men) 特別有希望用於(yu) 多粒子和量子相關(guan) 現象的基礎研究。

根據團隊成員的說法，科學家們(men) 已經能夠成功生成了與(yu) 略高於(yu) 絕對零度下實現的相同效果。德國奧爾登堡大學量子材料研究小組負責人Christian Schneider說：“從(cong) 低溫到室溫的轉變，使這些二維材料的應用變得更加有趣。”

■單層晶體(ti) 放置在“鏡子”之間，在室溫下發射激光（來源：奧爾登堡大學）

同為(wei) 奧爾登堡大學的科學家Carlos Anton-Solanas和Hangyon Shan是該研究團隊的成員。2021年早些時候，團隊發表報告稱半導體(ti) 材料二硒化鉬中的一層在低溫狀態下產(chan) 生了激光。目前，研究團隊的工作是在室溫下產(chan) 生相同的結果，如果成功將是一個(ge) 裏程碑。

該團隊在最近的實驗中使用了半導體(ti) 二硒化鎢（WSe²）。該化合物屬於(yu) 一類由過渡金屬和硫、硒或碲中的一種元素組成的半導體(ti) 。這種類半導體(ti) 的單層晶體(ti) 與(yu) 光的相互作用非常強烈。Anton-Solanas表示，它們(men) 被認為(wei) 是微型和納米激光器的潛在基礎材料。

該團隊產(chan) 生的激光發射來自激子極化子，一種物質和光組成的混合粒子，由光粒子和激發電子之間的耦合產(chan) 生。當基態的電子被提升到更高的能量狀態時例如通過激光，就會(hui) 形成激發的電子。幾分之一秒後，它們(men) 會(hui) 發出一個(ge) 光粒子。當這個(ge) 粒子被困在兩(liang) 個(ge) 鏡子之間時，它可以反過來激發另一個(ge) 電子。這個(ge) 循環一直持續到一個(ge) 輕粒子逃離“陷阱”。

激子極化子耦合過程結合了光子和電子的不同特性。如果產(chan) 生足夠的激子極化子，就會(hui) 出現一種情況即它們(men) 不再像單個(ge) 粒子一樣運行而是並合成為(wei) 宏觀量子形態。樣品的光發射突然增加表明了轉變已經發生。就像激光發出的光一樣，在這種情況下產(chan) 生的輻射是單色的，隻有一種波長。這種光束可以在特定方向上輻射，並顯示出幹涉性。

為(wei) 了證明二硒化鎢的這種效果，該團隊生產(chan) 了1納米厚的半導體(ti) 樣品。研究人員將它們(men) 放在鏡子之間，然後用激光刺激晶體(ti) 並研究由此產(chan) 生的發射。結果表明，有證據顯示輻射必須來自具有光和物質特性的混合粒子。於(yu) 是該團隊得出結論，激子極化子確實能在半導體(ti) 中形成。

Schneider表示，這項研究成果增添了這種二維材料作為(wei) 新型納米激光器的可能性，並且在室溫下就能生成激光。為(wei) 了得到今天的結果，該團隊已經為(wei) 此連續工作了大約10年。同樣地，在今年早些時候另一組研究團隊發現了室溫下單層晶體(ti) 中激子極化子發射相幹激光的證據。