二维激子的声长程输运

       光可以激发并读取半导体系统中的激子，并将光信号编码并存储到激子的自旋、谷值和轨道自由度中。与电子电路类似，人们设想了以激子作为有源信息载体的电路，它可以利用利用外加电场和磁场传输和操纵激子态。这种激子电路在光子和固体介质之间进行转换，可以直接处理光信号并再生光，而无需额外的光电转换，因此非常有效。然而，与电子或空穴不同，电荷中性激子在均匀电场下不受净力。如果结合能很小，例如在GaAs量子阱系统中，它们也可以被中等强度的面内电场解离。因此，扩散一直是GaAs和二维材料中激子运动的主要机制之一。特别是在GaAs系统中，激子的高迁移率能够低温下迅速扩散到微米尺度。为了主动传输具有受控方向性的激子，在GaAs量子阱中利用声表面波（SAW）来进行有效传输， 在4K温度以下的百秒传输距离也能达到微米级。然而，GaAs中激子结合能太低难以在更高温度下工作

       近日，华盛顿大学电气与计算机工程系和物理系的Mo Li研究团队证明了SAW是一种有效的、无接触的方法，可以在远超扩散长度的距离上实现双层WSe2中间接激子（IX）的输运。SAW调制IX能量可以克服局部电位变化和缺陷以驱动激子传输。由于传输距离取决于光学活性材料的激子寿命和衬底的声速，因此选择了寿命更长的过渡金属二卤化物（TMDC）和声速更高的压电衬底。由远程激发声波驱动的无接触传输也保持了材料的高质量，并防止了接触可能引起的不良影响。虽然该系统在100K时才能达到最大传输距离，但在目前的设备中进一步提高材料质量和界面清洁度也能提高室温操作的效率。总之，SAW是一种控制激子的通用方法，它的压电场和应变场都可以用来操纵和传输许多其他二维材料系统中的激子。声表面波还可以在声子电路和谐振器中调控和传播，未来可以解锁更多应用场景。相关研究发表在《Nature Communications》上。（钟雨豪）

        文章链接：Peng, R., Ripin, A., Ye, Y. et al. Long-range transport of 2D excitons with acoustic waves. Nat Commun 13, 1334 (2022). https://doi.org/10.1038/s41467-022-29042-9