ROPP研究亮点:电压控制二维异质结中的激子传输与谷极化

09 Nov 2026 gabriels
自然山谷、稻田(图片来源:Shutterstock/Jimmy Tran)
在信息技术领域,信息的传输既可以依赖电子(如传统计算),也可以通过光子(如光子器件)。如今,研究人员正在探索第三种可能,即利用激子(Excitons)作为信息载体传输信息,也正成为前沿研究的热点领域。
激子是材料受光激发后形成的束缚“电子-空穴”对,可以被视为介于光与电荷载流子的中间态。然而,自由激子通常会在短时间内快速发生辐射或非辐射复合,极大地限制了它们的传输距离。为了延长激子的寿命,一种有效的方法是将电子和空穴分别限制在两种不同的材料层中,形成层间激子(Interlayer Excitons),从而实现更长距离的空间传输与信息传递。
在此前的研究中,大多采用单层过渡金属硫化物(TMDs)进行堆叠构建异质结(如MoSe₂/WSe₂或WS₂/WSe₂等),形成空间上分离的层间激子。然而这类体系通常对两层材料间的旋转对准精度要求较高,稍有偏差即将导致层间激子发光强度显著衰减。
为此,在我们的最新研究中,通过构建二维钙钛矿-WS₂异质结,成功摆脱了对这种复杂扭转角度对齐的依赖。我们展示了一种具备电压调控特性的新器件,只需施加电压,即可实现在层间激子和层内激子两种不同激子态之间自由切换,进而精准控制激子在材料中的传输距离。
此外,谷极化(Valley polarization)反映了载流子数在动量空间中非简并不等价能谷的分布信息,是可用于信息编码的重要自由度。我们的研究表明。通过电压控制器件在不同激子态间可逆切换的同时,也可同步实现低谷极化态与高谷极化态的有效转换。这一结果验证了利用电信号操控激子携带信息的可行性,为下一代谷电子学(Valleytronics)器件的开发奠定了重要基础。
总体而言,我们的工作展示了一种在二维材料体系中利用电学手段协同调控“激子传输”与“信息自由度”的有效方法,推动激子器件与谷电子器件距离实际应用又近一步。
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文章介绍

Switchable band alignment in 2D-perovskite/WS₂ heterostructures for tunable exciton transport and valley polarization

Yingying Chen, Zeyi Liu, Zisheng Gong, Cheng Wang, Wendian Yao, Junze Li, Ti Wang, Weibo Gao and Dehui Li(李德慧)

 

通讯作者:

  • 李德慧,华中科技大学

期刊介绍

Reports on Progress in Physics

  • 2025年影响因子:15.4  Citescore:23.0
  • Reports on Progress in Physics(ROPP)作为涵盖物理学各分支的权威性综述期刊,长期以来享有盛誉。所有综述均由编委会邀请全球顶尖专家撰写,覆盖物理的经典和热点议题。同时,ROPP现在开始接受原创研究文章投稿。