二维异质结构中通过界面电荷转移实现的光学冷却

《Nature》：Optical cooling by interfacial charge transfer in 2D heterostructures

　　

摘要

光学制冷，即固体的激光冷却¹，为量子系统和电子系统的温度控制提供了一种无需制冷剂的方案。目前的进展^{2，3，4，5，6，7，8}依赖于声子辅助的上转换光致发光机制，而这一机制仍受限于严格的材料和激发条件。在此，我们展示了一种不同的方法——基于界面电荷转移驱动的二维半导体异质结构中的光学冷却。在WSe₂中光激发的载流子穿过II型结进入MoSe₂或WS₂，通过声子辅助的界面电荷转移过程以非辐射方式提取晶格能量。拉曼光谱和光致发光测量结果显示WSe₂层存在明显的低温特征，而瞬态吸收光谱则表明存在由声子辅助、受势垒调控的层间电荷转移现象。分子动力学模拟显示界面存在显著的热阻，从而维持了温度梯度。这种由势垒介导的声子提取机制无需接近100%的量子效率或共振激发，为量子系统、光电子学系统及纳米尺度系统中的无制冷剂制冷和热管理提供了有效的解决方案。