據(jù)麥姆斯咨詢報道，近期在科學期刊Nature Communications上發(fā)表的一篇文章（“Spatial coherence of room-temperature monolayer WSe2 exciton-polaritons in a trap”）中，由奧爾登堡大學（University of Oldenburg）的物理學家Hangyon Shan博士、Christian Schneider教授和Carlos Anton-Solanas博士領導的國際研究團隊介紹稱，一種僅由三個原子層組成的晶體在室溫下可以發(fā)出類似激光的光。因此，這種新材料有可能在微型電路和未來的量子應用中用于微納激光器。
迄今為止，科學家們只能在略高于絕對零度的溫度下產(chǎn)生這種效應。奧爾登堡大學量子材料研究小組負責人Schneider說：“從低溫到室溫的轉變使這些二維材料更具應用前景。”
該研究團隊使用二硒化鎢化合物進行了實驗。這種化合物屬于一類由過渡金屬和硫、硒或碲元素之一組成的半導體。Anton-Solanas解釋說：“這類半導體的單層晶體與光的相互作用非常強，一直以來被認為是微納激光器的潛在基礎。”
放置在“鏡子”之間的單層晶體（中心位置）可以在室溫下發(fā)出激光（來源：奧爾登堡大學）
就在去年5月，同一研究團隊在Nature Materials期刊（“Bosonic condensation of exciton–polaritons in an atomically thin crystal”）上報道了單層二硒化鉬半導體材料在低溫下產(chǎn)生激光。
目前，研究人員已經(jīng)到達了下一個里程碑，即在室溫下產(chǎn)生了相同的效果。激光發(fā)射來自于由物質和光組成的混合粒子（稱為激子極化子）。激子極化子是光粒子和激發(fā)態(tài)電子之間耦合的結果。當處于基態(tài)的電子被激發(fā)（例如通過激光）到更高能級時，就會形成激發(fā)態(tài)電子。幾分之一秒后，它們會發(fā)出一個光粒子。當這個粒子被困在兩個鏡子之間時，它可以反過來激發(fā)另一個電子——這個循環(huán)一直持續(xù)到一個光粒子逃離陷阱。在這個耦合過程中產(chǎn)生的激子極化子結合了電子和光粒子（光子）的優(yōu)異特性。
特別引人注目的是，如果產(chǎn)生足夠多的激子極化子，它們就不再像單個粒子那樣表現(xiàn)，而是合并成宏觀量子態(tài)。樣品的發(fā)光強度急劇增加表明發(fā)生了這種轉變。就像激光器發(fā)出的光一樣，產(chǎn)生的光輻射只有一種波長（可以說是單色的）。它還向特定方向輻射，并出現(xiàn)“干涉”現(xiàn)象，這一特性在物理學中稱為“相干”。
為了證明二硒化鎢的這種效應，該研究團隊首先制作了厚度不到1納米的半導體樣品，并將它們放置在特殊的鏡子之間。然后，物理學家們利用激光激發(fā)晶體，并使用各種技術研究樣品的光輻射。他們發(fā)現(xiàn)了強有力的證據(jù)表明輻射必須來自具有光和物質特性的混合粒子。這使他們得出結論，在該半導體中確實形成了激子極化子。此外，研究人員還發(fā)現(xiàn)證據(jù)表明這些粒子已經(jīng)合并成一個共同的宏觀量子態(tài)。
Schneider解釋說：“我們的研究結果讓人們更加相信，二維材料適合作為新型納米激光器（室溫下工作）的平臺——這是全世界各個研究團隊近十年來一直在追求的目標?！苯衲?月，另一個研究團隊也發(fā)現(xiàn)了在室溫下單層晶體中激子極化子產(chǎn)生相干激光發(fā)射的證據(jù)。Anton-Solanas說：“這進一步說明我們的結果是正確的?！?/p>
此外，光與二維材料之間的強相互作用具有特殊的性質，使這些材料在光控電路方面有良好的應用前景。
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