基于自耦合光子晶体共振的WS2/WSe2异质双层激子发射定向分选研究

为解决二维半导体异质结构中界面接触导致的发光抑制问题，研究人员通过直接图案化自支撑WS2/WSe2异质双层光子晶体(PhC)，实现了激子与自耦合导模共振的相互作用，成功在能量-动量空间选择性分选激子发射。该研究为莫尔超晶格中新兴激子态的光调控提供了新思路。

　　

二维半导体材料因其原子级厚度和独特的能谷特性，近年来成为光电子学领域的研究热点。其中，过渡金属二硫化物(TMDs)异质双层结构通过层间转角调控可产生新型激子态，但传统集成光子结构会引入界面缺陷和介电屏蔽效应，严重抑制发光效率。如何在不牺牲发光性能的前提下实现激子发射的定向调控，成为亟待解决的科学难题。

针对这一挑战，国内某研究机构团队在《SCIENCE ADVANCES》发表研究，创新性地在自支撑WS₂/WSe₂异质双层中直接制备光子晶体纳米结构。通过机械剥离法制备单层WS₂和WSe₂，结合干法转移技术构建不同转角的异质双层；利用聚焦离子束刻蚀和反应离子刻蚀技术制备自支撑PhC结构；采用偏振依赖二阶谐波(SHG)表征晶体取向，通过动量分辨透射光谱和光致发光(PL)映射分析激子-光子相互作用。

研究结果部分显示：在"INTRODUCTION"中，作者阐明范德华异质结构中转角可调谐的层间激子(TDE)与导模共振自耦合的物理机制；"RESULTS"章节通过SHG确认10°-52°的精确转角控制，发现TDE发射能量随转角红移达90meV；动量分辨透射谱揭示PhC的色散关系与激子共振能量匹配；最终在能量-动量空间实现WS₂A激子(2.01eV)与WSe₂A激子(1.62eV)/TDE(1.52eV)的定向分离，其中10°转样品的TDE发射角分布展宽达Δk_y/k₀=0.15。

"DISCUSSION"部分强调，该工作首次在原子层厚度极限下实现激子发射的动量空间操控，避免了传统集成方法导致的发光淬灭。通过1.58eV激光选择性激发，可单独提取TDE发射特征，为研究莫尔超晶格中关联激子态提供了新范式。这种自耦合光子学架构为二维材料光电器件的设计开辟了新途径，特别是在量子信息处理和能谷自旋器件领域具有重要应用前景。