石锦卫课题组与合作者在单原子层半导体中实现超过40微米的激子能量输运

近日,物理系石锦卫副教授课题组和台湾国立清华大学合作,设计了金属–氧化物–二维材料的超薄MOS结构,在单原子层半导体中实现了超过了40微米的激子能量输运,为基于激子输运的器件设计提供了一种新的可能。相关工作发表在《Nature Communications》上,石锦卫为第一作者,博士生王艳容为第六作者,我校为第二完成单位。

激子是半导体中束缚的电子–空穴对,决定了很多发光、光电子器件如LED、太阳能电池等的工作性质。激子能量输运距离对器件的工作能力和工作效率有很大影响。作为一种半导体,最近几年单层过渡金属二硫化物(TMDC)获得了人们广泛的研究兴趣。和它们对应的块体材料有很大不同,单层TMDC是一种直接禁带半导体,在可见光波段具有很高的发光效率,被认为是制造下一代超薄型发光器件的优选材料。然而,理论和实验表明,单层TMDC材料中激子具有非常快的复合时间,这导致激子的输运距离只有几百纳米,极大地限制了其应用。

石锦卫课题组和台湾国立清华大学果尚志教授课题组、李奕贤教授课题组以及美国德克萨斯大学奥斯汀分校李晓勤课题组合作,借助高质量单晶银板表面等离激元的长距离表面传输特性,通过级联的激子–表面等离激元–激子能量转移实现了超过40微米的激子能量输运。相关工作表明,金属表面等离激元–二维材料异质结构具备互补的材料特性,有望用于设计制作新型超薄集成光电子器件。目前,相关的后续工作还在进行中。

文章链接:https://www.nature.com/articles/s41467-017-00048-y.pdf

物理学系