8月24日，Nature Physics期刊線上刊發了電子科技大學基礎與前沿研究院夏娟研究員、王曾暉教授的研究成果“Strong coupling and pressure engineering in WSe2-MoSe2 heterobilayers”。
該工作利用能産生百萬大氣壓（接近地心壓強）的金剛石對頂砧技術，對層間強耦合二維范德瓦爾斯異質結這一類新型資訊材料實現了高效物性調控，系統地研究了二維異質結的層間激子發光、電子能帶結構等物理特性隨壓強變化的響應。電子科大夏娟研究員為第一作者，夏娟研究員和王曾暉教授為共同通訊作者。合作者還包括南京工業大學、南洋理工大學等單位的研究人員。這是電子科大首次以第一單位和通訊單位在Nature Physics上發表研究成果，代表著電子科大在物理學研究領域的重大突破。
文章連結：https://www.nature.com/articles/s41567-020-1005-7
研究成果簡介
“壓力引發動力，動力激發潛力”，不僅適用於心理學、教育學等領域，也適用於物理學。在實驗凝聚態物理研究中，“壓力工程”（Pressure engineering）是一種重要的調控材料物理特性的手段，不僅可與原位光學、電學研究相結合，且具有高效、連續、可逆等優點。在該工作利用的金剛石對頂砧（DAC）高壓技術中，對頂放置的兩個鑽石的微米級砧面處可産生接近地心壓強的超高靜水壓環境，能夠對所研究的體系（以二維材料為例）産生大於30%的體積變化，從而實現對所研究材料體系的大幅高效調控。
“壓力工程”：用金剛石對頂砧對二維異質結層間距離及激子行為實現高效調控。（圖片來源及版權：Nature Physics及論文作者）
二維范德瓦爾斯異質結因“層內共價鍵-層間范德華作用”的結構特性，以及多樣化的能帶匹配和層間耦合作用等特點，表現出豐富的光學、電學和光電特性，在實現新型光子、電子和光電器件方面具有獨特的潛力。特別是具有強層間耦合作用的二維范德瓦爾斯異質結表現出更顯著的層間激子行為，在未來資訊器件領域的應用極具前景。與此同時，二維范德瓦爾斯異質結的層間激子對層間距離十分敏感；因此，通過壓強等外界調控手段來改變二維范德瓦爾斯異質結的間距離，能夠實現對層間激子及相關物理特性的高效調控。
金剛石對頂砧（DAC）調控二維異質結獨特層間距及層間耦合作用示意圖。（圖片來源及版權：Nature Physics及論文作者）
基於此，本工作在成功獲得層間強耦合WSe2-MoSe2二維范德瓦爾斯異質結的基礎上，利用其層間距離可由外界壓強高效調控的特點，採用DAC裝置成功實現了高壓下微觀結構和物理特性的原位調控。研究者通過實驗觀察到了這類二維異質結的層間激子行為在一萬個大氣壓（1 GPa）附近發生的顯著變化，並通過理論計算該二維異質結在不同壓強下的電子能帶結構，成功地解釋了這一獨特的突變現象。
本工作所使用的層間強耦合二維異質結WSe2-MoSe2的形貌、結構，及其強耦合特性帶來的獨特激子行為。（圖片來源及版權：Nature Physics及論文作者）
本工作利用DAC技術所提供的超高壓強成功實現了對二維異質結中層間強耦合作用的高效調控，有助於進一步推動基於這類二維范德瓦爾斯異質結的新型激子型器件研究，為未來此類新型資訊器件的探索和應用提供了新的思路。
本項研究得到了國家自然科學基金、國家重點研發計劃、四川省科技廳等項目的支援。（李壹平）
