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。
JMM&ERX特刊征稿|Focus on Meta Materials and Meta Surfaces Engineering