Nature Physics | 压力工程对强耦合范德华异质结层间激子的高效调控

2020年8月24日，Nature Physics电子科技大学夏娟研究员、王曾晖教授的研究成果在网上发表" Strong coupling and pressure engineering in WSe2-MoSe2 heterobilayers "。

本工作利用金刚石对顶砧技术，可产生数百万大气压（接近地心压力），对层间强耦合二维范德瓦尔斯异质结等新信息材料实现有效的物理调节，系统研究了层间激子发光、电子能带结构等二维异质结的物理特性随压力变化的反应。01研究结果简介压力引起动力，动力激发潜力，不仅适用于心理学、教育学等领域，也适用于物理学。在实验凝聚物理研究中，压力工程（Pressure engineering）它是调节材料物理特性的重要手段，不仅可以与原位光学和电学研究相结合，而且具有高效、连续、可逆的优点。二维范德瓦尔斯异质结因-层间范德华功能的结构特征，以及多样化的带匹配和层间耦合功能，表现出丰富的光学、电气和光电特性，在实现新的光子、电子和光电设备方面具有独特的潜力。特别是二维范德瓦尔斯异质结具有较强的层间耦合作用，在未来信息设备领域具有较大的应用前景。同时，二维范德瓦尔斯异质结时，二维范德瓦尔斯异质结的层间激子对层间距离非常敏感；因此，通过压力等外部控制手段改变二维范德瓦尔斯异质结的间距，可以有效控制层间激子及相关物理特性。

图1.CVD具有强层间耦合的生长2H WSe2–MoSe2 vdW异质结构。a.两步CVD生长过程；b.光学图像；c.拉曼光谱和成像；d.双层 ** 样品超低波数拉曼光谱；e.异质结构边界STEM图像；f.高分辨率放大图像；g. 光发光谱和成像；h.差分测量；i.电子状态示意图

基于此，本工作成功获得层间强耦合WSe2-MoSe2在二维范德瓦尔斯异质结的基础上，利用其层间距由外界压力高效调节的特点DAC该装置在高压下成功实现了微结构和物理特性的原位调节。研究人员使用它WITec CRM200多功能成像系统探索了拉曼光谱、光发光光谱和二维异质结在不同压力下的成像（如图1和图2所示），并成功地解释了这种独特的突变现象。

图2.强耦合WSe2–MoSe2电子态压力工程在异质结构中。a.金刚石对顶砧（DAC）调节二维异质结独特的层间距和层间耦合示意图；b，c.WSe2–MoSe2异质结构压力相关光致发光光谱；d.光发光峰能量随压力变化；e，f.与压力相关的吸收光谱；g.WSe2–MoSe2层间激子结合能与层间激子峰值宽度与压力的关系。

本工作利用DAC该技术提供的超高压强度成功地实现了对二维异质结中层间强耦合的有效控制，有助于进一步促进基于二维范德瓦尔斯异质结的新激子设备的研究，为这些新信息设备的探索和应用提供了新的思路。02 作者简介

夏娟博士，电子科技大学基础与前沿研究所专业研究员，毕业于四川大学材料科学系，毕业于新加坡南洋理工大学物理与应用物理系，长期从事实验凝聚物理研究，特别是利用高压等实验手段调节二维半导体材料及其异质结的物理特性。在过去的五年里，Nature,Nature Physics,Nano Letters,ACS Nano等国际期刊上发表文章近20篇。目前担任Chinese Physics Letters、《物理学报》Chinese Physics B青年编委会成员。2017年获中国优秀自费留学生奖、南洋理工大学女科学家奖等奖项，2018年入选电子科技大学百人计划，2019年入选福布斯中国30岁以下精英榜。

王曾辉博士，电子科技大学基础与前沿研究所教授，毕业于复旦大学物理系。在美国西雅图华盛顿大学物理系获得博士学位后，他在康奈尔大学和凯斯西储大学开展了科学研究。自2016年以来，他一直在电子科技大学工作。王曾辉教授长期从事凝聚物理、纳米设备物理、低维纳米机电系统、微纳信息设备等领域的研究，并取得了一系列创新的研究成果Science,Nature Nanotechnology,Nature Physics,Nature Communications,Science Advances,Physical Review Letters,Nano Letters,ACS Nano在其他期刊上发表了20多篇相关论文。目前担任《物理学报》Chinese Physics B《中国科学：信息科学》编委会成员、青年编委会长期受邀Nature Nanotechnology,Nature Communications等待期刊作为审稿人。

03 期刊简介

Nature Physics是Nature物理领域的旗舰子刊也是同行评审的权威科学期刊。Web of Science据统计，自2005年成立至2020年7月，中国大陆发布了第一个单位Nature Physics共有89篇论文。04 论文直达

论文DOI：10.1038/s41567-020-1005-7文章链接: https:// ** .nature.com/articles/s41567-020-1005-7

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