近日，上海光機所微納光電子功能材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(tài)密度調(diào)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(fā)光效率的重要物理過程。研究成果發(fā)表于ACS Photonics。

　　單原子層TMDs憑借其自身具有的強空間量子限制效應與弱介電屏蔽效應，使得材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材料平臺。然而，基于單原子層TMDs的發(fā)光器件，特別是應用于高激子密度的激光器件時，器件的發(fā)光效率差。

　　目前研究成果歸因于高密度的缺陷引起了激子的無輻射復合過程，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(tài)吸收光譜系統(tǒng)地研究了四種CVD生長單原子層WS2、WSe2、MoS2和MoSe2的EEA過程。

　　根據(jù)報道的理論計算表明，四種CVD生長單原子層WS2、WSe2、MoS2和MoSe2的缺陷態(tài)密度存在差異性，并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(tài)密度增加而增加，分別為0.016、0.026、0.049和0.102 cm2/s。

　　研究結果表明，對于單原子層TMDs材料，在Mott密度（約1013 cm-2）以下的高激子密度（約1012 cm-2）時，缺陷增強了局域激子的EEA過程，并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(tài)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。

　　圖1 四種單層二維過渡金屬硫系化合物（TMDs）的瞬態(tài)吸收光譜。

　　圖2 不同激子濃度下激子的弛豫過程示意圖。