研究人员开发薄如原子的激子激光器

　　二维激子激光器的实现向下一代超紧凑光子和光电子器件迈出了重要一步，美国能源部的劳伦斯伯克利国家实验室的科学家将单层二硫化钨嵌入到特殊的微型磁盘谐振器中实现了可见光波段的明亮激子激射。

　　伯克利实验室材料科学系主任Xiang Zhang说：“我们从二硫化钨的单分子层观察到了高品质的激子激射，标志着向用于高性能光通信和计算机的二维光电芯片迈出了重要一步”。研究成果发表在《Nature Photonics》上。

　　当今纳米技术世界研究最热门的材料是二维过渡金属二硫化物(TMDCs)，这些二维半导体具有卓越的能效而且电子传导速度比硅快，而且与石墨烯不同的是TMDCs具有自然带隙使其电导可以在“开或关”之间切换，比石墨烯更适合制造设备。虽然单分子层二硫化钨广泛被认为是最有前途的TMDCs光子与光电子应用材料，但是直到如今都没有实现相干光辐射或激光，更不用提芯片应用。

　　TMDCs在光与物质相互作用上显示出非凡的激子特性，如果材料薄到单层这种特性能引起电子能带结构的量子限制和晶体对称作用。然而，对于二维激射，微腔的设计和制造提供了高光学模式限制因子和高品质Q值。

　　在先前的研究中，Zhang和他的研究小组已经开发出了“回音壁微腔”的等离子体，电磁波横跨金属表面滚动。基于背向耳语原理(在一个空间轻声口语，而后在圆顶天花板下方在腔室的相对侧可以清楚地听到)这个微小尺寸的等离子体金属腔大大加强和提高了光发射的Q因子。在这项新研究中，Zhang和他的团队的微腔技术将等离子体改为激子，在单层分子内使光激发单层电子/空穴对。

　　“我们的激子激光器，放弃了金属涂层，设计了支持电介质回音壁模式而不是电浆模式的微盘谐振器，具有低损耗高Q因子，”共同第一作者Ye介绍，“当单层二硫化钨作为增益介质夹在两层电介质之间时，我们创造了潜在的超低阈值激射。”除了光子和光电应用以外，2D激子激光技术还有潜力应用于valleytronic，就是电子的自旋和动量通过晶格作为波的能量峰值和峰谷来移动从而实现数字信息编码。Valleytronic被视为量子计算自旋电子学的替代技术。