澳大利亚墨尔本，2022年3月10日 - 他们报告说，斯威本理工大学的研究人员使用先进的光谱技术首次量化了将两个激子结合成双激子状态所需的能量。斯威本团队与澳大利亚国立大学的研究人员合作，直接测量了二硫化钨（WS2）中的双子结合能，WS2是一种属于过渡金属二硫代二碳化物（TMDC）半导体家族的2D材料。 该团队表示，其发现可用于开发基于TMDC中双子流动的未来应用。研究人员使用双量子，多维相干光谱（2Q-MDCS），一种用于探测双重激发态的技术，以识别和分离单层WS2中的光学激发双激子。 为了明确测量原子薄TMDC材料中的双刺激子特征，研究人员运行了一系列具有精确控制的相位关系和明确定义的波矢量的超短光脉冲。 "通过使用高精度的多个脉冲，我们可以有选择地直接探测双激发的双激子状态，同时消除单激发激子态的任何贡献，"斯威本教授Jeff Davis说。 2Q-MDCS方法使该团队能够对双子结合能进行直接实验测量。"这种直接激发双子的能力对于更常见的技术（如光致发光光谱）是无法获得的，"戴维斯说。
"双激子峰和相关双激子峰之间的能量差是测量双激子结合能的最佳方法，"研究人员Mitchell Conway说。"这是一个令人兴奋的观察结果，因为其他光谱技术没有观察到这些相关的激子。 此外，研究人员还确定了单层WS2中双晶的性质。当使用2Q-MDCS解析双激子峰时，他们观察到一个由两个相反自旋的明亮激子组成的双激子，称为亮亮间隔双激子。 相比之下，报告单层WS2中双子的光致发光测量无法识别所涉及的特定激子。以前用于识别双激子的技术仅限于测量从双激子到激子跃迁的光子。这种跃迁可能不反映双激子或激子相对于基态的精确能量。 除了增加对双子动力学和特征能标的科学理解之外，这些发现还可以支持基于双子的器件的开发，例如更紧凑的激光器和化学传感器。 由于材料的尺寸减小，激子和激子配合物（如双激子）的结合能在2D材料中得到增强。这种增加的结合能使得即使在室温下也能更容易获得双子，并引入了在新材料中使用双子的可能性，用于一系列低能量技术。 "在我们将这些二维材料应用于下一代低能耗电子设备之前，我们需要量化驱动其功能的基本特性，"Conway说。 准确识别单层半导体中双子特征的能力也有助于推进新型量子材料和量子模拟器的开发。 该研究发表在2D Materials。 |
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