上海光機所揭示了在單層二維過渡金屬硫系化合物（TMDs）的缺陷態密度調控激子湮滅（EEA）物理過程的研究方面取得進展

近日，上海光機所微納光電子功能資料實驗室在單原子層二維過渡金屬硫系化合物（TMDs）的缺陷態密度調控激子湮滅（EEA）物理過程的研究方面取得進展，進一步揭示了影響TMDs發光效率的重要物理過程。研究成果發表於ACS Photonics。

單原子層TMDs憑藉其自身具有的强空間量子限制效應與弱介電遮罩效應，使得資料中的激子結合能在室溫下達到幾百meV，是研究激子超快物理過程的理想資料平臺。然而，基於單原子層TMDs的發光器件，特別是應用於高激子密度的雷射器件時，器件的發光效率差。現時研究成果歸因於高密度的缺陷引起了激子的無輻射複合過程，而忽略了在高激子密度時缺陷對EEA物理過程影響。該研究團隊利用飛秒瞬態吸收光譜系統地研究了四種CVD生長單原子層WS₂、WSe₂、MoS₂和MoSe₂的EEA過程。根據報導的理論計算表明，四種CVD生長單原子層WS₂、WSe₂、MoS₂和MoSe₂的缺陷態密度存在差异性，並且該研究團隊通過實驗證明了WS₂、WSe₂、MoSe₂和MoS₂的EEA速率隨著缺陷態密度新增而新增，分別為0.016、0.026、0.049和0.102 cm²/s。研究結果表明，對於單原子層TMDs資料，在Mott密度（約10¹³cm^-2）以下的高激子密度（約10¹²cm^-2）時，缺陷增强了局域激子的EEA過程，並在激子弛豫過程中起關鍵作用。該研究團隊的研究成果為單原子層TMDs中缺陷態對激子弛豫過程的影響提供了更深刻的見解。

相關工作得到了國家自然科學基金委、中國科學院項目支持。（微納光電子功能資料實驗室供稿）

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圖1四種單層二維過渡金屬硫系化合物（TMDs）的瞬態吸收光譜。

圖2不同激子濃度下激子的弛豫過程示意圖。