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超强激光科学卓越创新简报
(第二百二十八期)
2021年10月29日
上海光机所揭示了在单层二维过渡金属硫系化合物(TMDs)的缺陷态密度调控激子湮灭(EEA)物理过程的研究方面取得进展
  近日,上海光机所微纳光电子功能材料实验室在单原子层二维过渡金属硫系化合物(TMDs)的缺陷态密度调控激子湮灭(EEA)物理过程的研究方面取得进展,进一步揭示了影响TMDs发光效率的重要物理过程。研究成果发表于ACS Photonics
  单原子层TMDs凭借其自身具有的强空间量子限制效应与弱介电屏蔽效应,使得材料中的激子结合能在室温下达到几百meV,是研究激子超快物理过程的理想材料平台。然而,基于单原子层TMDs的发光器件,特别是应用于高激子密度的激光器件时,器件的发光效率差。目前研究成果归因于高密度的缺陷引起了激子的无辐射复合过程,而忽略了在高激子密度时缺陷对EEA物理过程影响。该研究团队利用飞秒瞬态吸收光谱系统地研究了四种CVD生长单原子层WS2、WSe2、MoS2和MoSe2的EEA过程。根据报道的理论计算表明,四种CVD生长单原子层WS2、WSe2、MoS2和MoSe2的缺陷态密度存在差异性,并且该研究团队通过实验证明了WS2、WSe2、MoSe2和MoS2的EEA速率随着缺陷态密度增加而增加,分别为0.016、0.026、0.049和0.102 cm2/s。研究结果表明,对于单原子层TMDs材料,在Mott密度(约1013 cm-2)以下的高激子密度(约1012 cm-2)时,缺陷增强了局域激子的EEA过程,并在激子弛豫过程中起关键作用。该研究团队的研究成果为单原子层TMDs中缺陷态对激子弛豫过程的影响提供了更深刻的见解。
  相关工作得到了国家自然科学基金委、中国科学院项目支持。(微纳光电子功能材料实验室供稿)
图1 四种单层二维过渡金属硫系化合物(TMDs)的瞬态吸收光谱。
图2 不同激子浓度下激子的弛豫过程示意图。
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