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基于单层WS2的室温极化激元发光二极管

DOI：10.1038/s41565-019-0543-6 期刊：Nature Nanotechnology 出版年份：2019 更新时间：2025-09-12 10:27:22
摘要： 通过激子与腔光子的强耦合产生的激子极化激元，被用于展示从类玻色-爱因斯坦凝聚到模拟哈密顿量模拟器和芯片级干涉仪等一系列基础现象及潜在应用。近年来，二维过渡金属硫族化合物（TMDs）因其较大的激子结合能、振子强度和谷自由度，成为在较高温度下实现激子极化激元的极具吸引力的平台。实现极化激元的电注入，既可作为实现电驱动极化激元激光器的前驱步骤，也可用于通信系统的高速发光二极管（LED）。在此，我们展示了一种在室温下工作的电驱动极化激元LED，采用单层二硫化钨（WS2）作为发光材料。测得的外量子效率约为0.1%，与近期报道的块体有机及碳纳米管基极化激元电致发光（EL）器件相当。在原子级薄半导体中实现室温电驱动极化激元LED的可能性，为在这些体系中实现无反转电驱动激光器以及基于范德华（vdW）材料的超快微腔LED迈出了有前景的一步。
作者： Jie Gu，Biswanath Chakraborty，Mandeep Khatoniar，Vinod M. Menon
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

展示了一种采用单层二硫化钨（WS2）作为发光材料、可在室温下运行的电驱动极化激元发光二极管（LED）。

研究成果

在微腔中嵌入范德华异质结构实现室温极化激元电致发光，是朝着利用二维范德华材料研制电驱动集成微腔发光器件迈出的重要一步，这些器件有望应用于超快发光二极管和低阈值激光器领域。

研究不足

腔层中石墨烯的存在降低了品质因数，而较大的腔体厚度增加了模式体积，与先前报道相比降低了拉比分裂。观测到的外量子效率低于未受限于腔体几何结构的类似隧穿器件所报道的数值，这可能是由于腔体光提取效率不佳所致。

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