纳米级光谱学支持光电设备架构

韩国浦项，2023年4月20日——基于异质结构的2D半导体作为电子行业潜在的下一代材料备受关注。然而，将这些材料商业化具有挑战性，因为它们的准粒子本身的物理性质无法精确控制。

浦项科技大学(POSTECH)和ITMO大学的研究人员解决了这一瓶颈，生产了一种尖端增强光致发光(TEPL)光谱系统，该系统在一个小空间内控制了2D材料的准粒子。光谱系统在室温条件下动态控制准粒子的物理性质。此外，它还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2D半导体的应用潜力，并可能产生使用TMD(过渡金属二硫族化物)异质双层开发纳米激子和纳米三离子器件的新策略。这项技术还有望用于开发高亮度、超薄、可穿戴的光电设备。

使用大约20 nm空间分辨率水平的TEPL光谱技术，研究人员证明了在TMD的异质双层形成的层间激子和层间三子的动态控制。当一个TMD被分离成一个单层时，它被转化成一个薄的2D薄膜，表现出与高性能半导体相同的特性。TMD类型的不同组合和堆叠TMD层的不同方法可以产生一系列不同的特性。

TMD异质双层的层间激子是电中性准粒子，其表现出光致发光，这是半导体的性质；层间激子可以用于热量有限的半导体器件，因为它们是由光和物质组成的。它们也可以用作量子信息技术的光源，因为它们比激子具有更长的相干时间。

而层间激子在室温下发光效率较低，很难对其光能进行调制。

为了克服这些挑战，POSTECH-ITMO研究人员开发的针尖增强光谱技术可以通过千兆帕斯卡(GPa)级压力和近场强度进行调整。

波斯特赫-ITMO研究人员多功能尖端增强光谱系统的图形摘要。该系统在小空间内动态控制2D TMD材料的准粒子。波斯泰克公司提供。

研究人员利用GPa级压力的尖端诱导工程和等离子体热电子注入的结合，演示了带隙可调的层间激子和层间三子与层间激子之间的动态相互转换，同时从系统中获得光谱TEPL测量。TEPL光谱系统将层间激子的发光效率提高了约9000倍，并能够动态调制它们的光能。该系统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。

根据研究人员的说法，他们的方法提出了有史以来第一个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离子转换率。