8月24日，Nature Physics期刊在線刊發(fā)了電子科技大學(xué)基礎(chǔ)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”。
該工作利用能產(chǎn)生百萬大氣壓（接近地心壓強(qiáng)）的金剛石對頂砧技術(shù)，對層間強(qiáng)耦合二維范德瓦爾斯異質(zhì)結(jié)這一類新型信息材料實(shí)現(xiàn)了高效物性調(diào)控，系統(tǒng)地研究了二維異質(zhì)結(jié)的層間激子發(fā)光、電子能帶結(jié)構(gòu)等物理特性隨壓強(qiáng)變化的響應(yīng)。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(yè)大學(xué)、南洋理工大學(xué)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(fā)表研究成果，代表著電子科大在物理學(xué)研究領(lǐng)域的重大突破。
文章鏈接：https://www.nature.com/articles/s41567-020-1005-7
研究成果簡介
“壓力引發(fā)動(dòng)力，動(dòng)力激發(fā)潛力”，不僅適用于心理學(xué)、教育學(xué)等領(lǐng)域，也適用于物理學(xué)。在實(shí)驗(yàn)?zāi)蹜B(tài)物理研究中，“壓力工程”（Pressure engineering）是一種重要的調(diào)控材料物理特性的手段，不僅可與原位光學(xué)、電學(xué)研究相結(jié)合，且具有高效、連續(xù)、可逆等優(yōu)點(diǎn)。在該工作利用的金剛石對頂砧（DAC）高壓技術(shù)中，對頂放置的兩個(gè)鉆石的微米級砧面處可產(chǎn)生接近地心壓強(qiáng)的超高靜水壓環(huán)境，能夠?qū)λ芯康捏w系（以二維材料為例）產(chǎn)生大于30%的體積變化，從而實(shí)現(xiàn)對所研究材料體系的大幅高效調(diào)控。
“壓力工程”：用金剛石對頂砧對二維異質(zhì)結(jié)層間距離及激子行為實(shí)現(xiàn)高效調(diào)控。（圖片來源及版權(quán)：Nature Physics及論文作者）
二維范德瓦爾斯異質(zhì)結(jié)因“層內(nèi)共價(jià)鍵-層間范德華作用”的結(jié)構(gòu)特性，以及多樣化的能帶匹配和層間耦合作用等特點(diǎn)，表現(xiàn)出豐富的光學(xué)、電學(xué)和光電特性，在實(shí)現(xiàn)新型光子、電子和光電器件方面具有獨(dú)特的潛力。特別是具有強(qiáng)層間耦合作用的二維范德瓦爾斯異質(zhì)結(jié)表現(xiàn)出更顯著的層間激子行為，在未來信息器件領(lǐng)域的應(yīng)用極具前景。與此同時(shí)，二維范德瓦爾斯異質(zhì)結(jié)的層間激子對層間距離十分敏感；因此，通過壓強(qiáng)等外界調(diào)控手段來改變二維范德瓦爾斯異質(zhì)結(jié)的間距離，能夠?qū)崿F(xiàn)對層間激子及相關(guān)物理特性的高效調(diào)控。
金剛石對頂砧（DAC）調(diào)控二維異質(zhì)結(jié)獨(dú)特層間距及層間耦合作用示意圖。（圖片來源及版權(quán)：Nature Physics及論文作者）
基于此，本工作在成功獲得層間強(qiáng)耦合WSe2-MoSe2二維范德瓦爾斯異質(zhì)結(jié)的基礎(chǔ)上，利用其層間距離可由外界壓強(qiáng)高效調(diào)控的特點(diǎn)，采用DAC裝置成功實(shí)現(xiàn)了高壓下微觀結(jié)構(gòu)和物理特性的原位調(diào)控。研究者通過實(shí)驗(yàn)觀察到了這類二維異質(zhì)結(jié)的層間激子行為在一萬個(gè)大氣壓（1 GPa）附近發(fā)生的顯著變化，并通過理論計(jì)算該二維異質(zhì)結(jié)在不同壓強(qiáng)下的電子能帶結(jié)構(gòu)，成功地解釋了這一獨(dú)特的突變現(xiàn)象。
本工作所使用的層間強(qiáng)耦合二維異質(zhì)結(jié)WSe2-MoSe2的形貌、結(jié)構(gòu)，及其強(qiáng)耦合特性帶來的獨(dú)特激子行為。（圖片來源及版權(quán)：Nature Physics及論文作者）
本工作利用DAC技術(shù)所提供的超高壓強(qiáng)成功實(shí)現(xiàn)了對二維異質(zhì)結(jié)中層間強(qiáng)耦合作用的高效調(diào)控，有助于進(jìn)一步推動(dòng)基于這類二維范德瓦爾斯異質(zhì)結(jié)的新型激子型器件研究，為未來此類新型信息器件的探索和應(yīng)用提供了新的思路。
本項(xiàng)研究得到了國家自然科學(xué)基金、國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、四川省科技廳等項(xiàng)目的支持。（李壹平）
