研究人员成功“点亮”二硒化钨半导体

由奥尔登堡大学（University of Oldenburg）物理学家Hangyong Shan博士和Christian Schneider教授博士领导的一个国际科学家团队成功地制造了一种材料 - 通常情况下，这些材料为低能级，经过改变半导体二硒化钨（WSe₂）超薄样品中的能量水平使其能够发光。

研究人员声称，他们的发现代表了利用光场操纵物质的物理特性的第一步。这个想法已经被讨论了多年，但还未具体实现。这种光效应有可能提高半导体的光学能力，因此将有助于创造尖端的LED、太阳能电池、光学部件和其他应用。这可以改善有机半导体的光学质量，用于多功能屏幕上的具有半导特性的塑料、太阳能电池或作为纺织品的传感器。

由过渡金属加上三种元素之一（硫、硒或碲）组成的不常见的半导体类别包括WSe₂。科学家们在研究中采用了一个由夹层状的钨和硒原子组成的单晶层样品。

（图片来源: University of Oldenburg）

这些具有原子级厚度的材料在物理学上也被称为二维（2D）材料。它们也被称为“量子材料”，因为它们携带的电荷载流子的行为与较厚的固体中的完全不同，所以它们经常具有奇特的特征。研究人员将WSe₂样品放置在两个特别制作的镜子之间，由Shan和Schneider指导，并用激光激发。他们能够使用这种技术将通电电子和光粒子（光子）耦合起来。

“在我们的研究中，我们证明了通过这种耦合，电子转换的结构可以被重新安排，从而使一个黑暗的材料有效地表现得像一个明亮的材料，在我们的实验中，这种影响是如此强烈，以至于二硒化钨的低级状态变得具有光学活性，”Schneider描述道。研究人员还能够证明，实验结果在很大程度上准确反映了一个理论模型。

一个固体是否能够发光，例如作为一个发光二极管（LED），取决于其晶格中电子的能量水平。在他们的实验中，研究人员成功地操纵了WSe₂的超薄样品中的能级结构。该团队报告说，这种通常具有低发光率的材料开始发光。

二硒化钨属于一类不寻常的半导体，由一种过渡金属和硫、硒或碲三种元素之一组成。在这项研究中，研究人员使用了一个由钨和硒原子组成的单晶层的样品，其结构类似三明治。在物理学中，这种只有几个原子厚的材料，也被称为二维（2D）材料。它们通常具有不寻常的特性，因为它们所包含的电荷载体的行为方式与较厚的固体中的电荷载体完全不同，有时被称为“量子材料”。

（图片来源: University of Oldenburg）

这项研究是由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等人开展。这项研究题为“Brightening of a dark monolayer semiconductor via strong light-matter coupling in a cavity”，发表在《自然-通讯》上，2022年；13（1）。

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