近日，清華大學摩擦學國家重點實驗室在探測超快能量耗散領域取得重要進展。相關成果以“利用超快顯微鏡直接成像少層WS2中缺陷束縛激子擴散的過程”（Direct Visualization of Exciton Transport in Defective Few-Layer WS2 by Ultrafast Microscopy）為題發表在《先進材料》（Advanced Materials）。
從能量耗散角度揭示摩擦起源一直是摩擦領域的重要挑戰。資料中能量耗散過程發生在飛秒至納秒級別，空間處於納米級別。二維過渡金屬硫化物具有優良的摩擦效能，是研究納米級別超快能量耗散過程的理想對象。這些過程主要包括激子的輻射複合、湮滅、能量轉移、電荷轉移、擴散等。摩擦磨損過程常常伴隨著缺陷的生成。囙此探測缺陷對二維過渡金屬硫化物中超快能量耗散的作用機理對揭示摩擦能量耗散原理具有重要意義。
該研究中，課題組搭建了瞬態吸收成像裝置，並利用此超快顯微鏡對原子級缺陷束縛激子擴散的過程進行直接成像。發現缺陷在7.75-17.88皮秒時間內束縛中性激子，形成束縛激子。此過程是超快的非輻射過程，成為超快能量耗散通道，大大减少激子平均壽命。同時减小激子擴散係數，導致激子擴散距離從349.44 nm縮短到107.40 nm。這一工作實現從納米尺度對超快能量耗散過程進行成像探測，為揭示摩擦能量耗散機理提供理論支持，也為檢測納米尺度缺陷提供了新方法。
圖1.缺陷束縛激子擴散的示意圖。
清華大學摩擦學國家重點實驗室雒建斌院士和劉大猛副教授為論文共同通訊作者，機械系2016級博士生劉歡為論文第一作者，2016級大學生王沖和2017級大學生左征光參與了重要工作。該工作得到國家自然科學基金委重大科研儀器研製項目經費支持。
文章連結：https://doi.org/10.1002/adma.201906540