據(jù)麥姆斯咨詢報(bào)道，近期在科學(xué)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(xué)（University of Oldenburg）的物理學(xué)家Hangyon Shan博士、Christian Schneider教授和Carlos Anton-Solanas博士領(lǐng)導(dǎo)的國(guó)際研究團(tuán)隊(duì)介紹稱，一種僅由三個(gè)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(yīng)用中用于微納激光器。

迄今為止，科學(xué)家們只能在略高于絕對(duì)零度的溫度下產(chǎn)生這種效應(yīng)。奧爾登堡大學(xué)量子材料研究小組負(fù)責(zé)人Schneider說：“從低溫到室溫的轉(zhuǎn)變使這些二維材料更具應(yīng)用前景?！?/p>

該研究團(tuán)隊(duì)使用二硒化鎢化合物進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。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(dǎo)體。Anton-Solanas解釋說：“這類半導(dǎo)體的單層晶體與光的相互作用非常強(qiáng)，一直以來被認(rèn)為是微納激光器的潛在基礎(chǔ)?！?/p>

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(xué)）

就在去年5月，同一研究團(tuán)隊(duì)在Nature Materials期刊（“Bosonic condensation of exciton–polaritons in an atomically thin crystal”）上報(bào)道了單層二硒化鉬半導(dǎo)體材料在低溫下產(chǎn)生激光。

目前，研究人員已經(jīng)到達(dá)了下一個(gè)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(zhì)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(jié)果。當(dāng)處于基態(tài)的電子被激發(fā)（例如通過激光）到更高能級(jí)時(shí)，就會(huì)形成激發(fā)態(tài)電子。幾分之一秒后，它們會(huì)發(fā)出一個(gè)光粒子。當(dāng)這個(gè)粒子被困在兩個(gè)鏡子之間時(shí)，它可以反過來激發(fā)另一個(gè)電子——這個(gè)循環(huán)一直持續(xù)到一個(gè)光粒子逃離陷阱。在這個(gè)耦合過程中產(chǎn)生的激子極化子結(jié)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(gè)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(qiáng)度急劇增加表明發(fā)生了這種轉(zhuǎn)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(zhǎng)（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(xué)中稱為“相干”。

為了證明二硒化鎢的這種效應(yīng)，該研究團(tuán)隊(duì)首先制作了厚度不到1納米的半導(dǎo)體樣品，并將它們放置在特殊的鏡子之間。然后，物理學(xué)家們利用激光激發(fā)晶體，并使用各種技術(shù)研究樣品的光輻射。他們發(fā)現(xiàn)了強(qiáng)有力的證據(jù)表明輻射必須來自具有光和物質(zhì)特性的混合粒子。這使他們得出結(jié)論，在該半導(dǎo)體中確實(shí)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(gè)共同的宏觀量子態(tài)。

Schneider解釋說：“我們的研究結(jié)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(tái)——這是全世界各個(gè)研究團(tuán)隊(duì)近十年來一直在追求的目標(biāo)?！苯衲?月，另一個(gè)研究團(tuán)隊(duì)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(jìn)一步說明我們的結(jié)果是正確的?！?/p>

此外，光與二維材料之間的強(qiáng)相互作用具有特殊的性質(zhì)，使這些材料在光控電路方面有良好的應(yīng)用前景。