复旦大学晏湖根团队黑磷-偶极激子 | Science

亮偶极激子dipolar excitons包含电偶极子，振子强度高，是研究关联量子现象的理想平台。通常依靠两个量子阱或两层之间载流子隧穿与非偶极激子混合，以获得振子强度。

近日，复旦大学Shenyang Huang，Boyang Yu，Yixuan Ma，晏湖根Hugen Yan等，在Science上发文，通过堆叠90°转角黑磷black phosphorus (BP) 结构，发现了一种新型的红外亮偶极激子。重构能带结构所固有的这些激子，表现出了较高的振子强度。最重要的是，承继了黑磷BP的线性偏振，从而利用光偏振来选择偶极子方向。此外，偶极矩和共振能量可通过黑磷BP的厚度，实现广泛地调控。

这一结果，为探索可调谐关联偶极激子提供了有力的材料体系。半导体中的激子Excitons是由电子-空穴对形成的电中性准粒子。电学控制需要将电子和空穴分离，以产生偶极子。这种分离降低了旋光性，从而使得在光学上变暗。

该项研究，利用90°转角的黑磷层，报道了一种携带永久偶极子的新激子。由于层混合导带和层极化的价带，具有净偶极矩的层间激子在光学上是明亮的。这一发现，以及通过几何结构调节这种激子性质的能力，将为光电应用提供有力平台。

Bright dipolar excitons in twisted black phosphorus homostructures.黑磷转角同质结构中的亮偶极激子。

图1. 90°转角 3+4层L 黑磷BP同质结构的消光光谱。

图2. 电场时，90°转角黑磷BP同质结构。

图3: 厚度相关的平面外偶极矩。

图4. 偶极激子能量随厚度的变化。