研究人員成功“點亮”二硒化鎢半導體

由奧爾登堡大學（University of Oldenburg）物理學家Hangyong Shan博士和Christian Schneider教授博士領導的一個國際科學家團隊成功地製造了一種材料 - 通常情况下，這些材料爲低能級，經過改變半導體二硒化鎢（WSe₂）超薄樣品中的能量水平使其能够發光。

研究人員聲稱，他們的發現代表了利用光場操縱物質的物理特性的第一步。這個想法已經被討論了多年，但還未具體實現。這種光效應有可能提高半導體的光學能力，因此將有助于創造尖端的LED、太陽能電池、光學部件和其他應用。這可以改善有機半導體的光學質量，用于多功能屏幕上的具有半導特性的塑料、太陽能電池或作爲紡織品的傳感器。

（圖片來源: University of Oldenburg）

由過渡金屬加上三種元素之一（硫、硒或碲）組成的不常見的半導體類別包括WSe₂。科學家們在研究中采用了一個由夾層狀的鎢和硒原子組成的單晶層樣品。

這些具有原子級厚度的材料在物理學上也被稱爲二維（2D）材料。它們也被稱爲“量子材料”，因爲它們携帶的電荷載流子的行爲與較厚的固體中的完全不同，所以它們經常具有奇特的特徵。研究人員將WSe₂樣品放置在兩個特別製作的鏡子之間，由Shan和Schneider指導，幷用激光激發。他們能够使用這種技術將通電電子和光粒子（光子）耦合起來。

“在我們的研究中，我們證明了通過這種耦合，電子轉換的結構可以被重新安排，從而使一個黑暗的材料有效地表現得像一個明亮的材料，在我們的實驗中，這種影響是如此强烈，以至于二硒化鎢的低級狀態變得具有光學活性，”Schneider描述道。研究人員還能够證明，實驗結果在很大程度上準確反映了一個理論模型。

一個固體是否能够發光，例如作爲一個發光二極管（LED），取决于其晶格中電子的能量水平。在他們的實驗中，研究人員成功地操縱了WSe₂的超薄樣品中的能級結構。該團隊報告說，這種通常具有低發光率的材料開始發光。

二硒化鎢屬￿一類不尋常的半導體，由一種過渡金屬和硫、硒或碲三種元素之一組成。在這項研究中，研究人員使用了一個由鎢和硒原子組成的單晶層的樣品，其結構類似三明治。在物理學中，這種只有幾個原子厚的材料，也被稱爲二維（2D）材料。它們通常具有不尋常的特性，因爲它們所包含的電荷載體的行爲方式與較厚的固體中的電荷載體完全不同，有時被稱爲“量子材料”。

（圖片來源: University of Oldenburg）

這項研究是由Bo Han, Christoph Rupprecht, Heiko Knopf, Falk Eilenberger, Martin Esmann, Kentaro Yumigeta, Kenji Watanabe, Takashi Taniguchi, Sebastian Klembt, Sven Höfling, Sefaattin Tongay, Carlos Antón-Solanas, Ivan A. Shelykh和 Christian Schneider等人開展。這項研究題爲“Brightening of a dark monolayer semiconductor via strong light-matter coupling in a cavity”，發表在《自然-通訊》上，2022年；13（1）。

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