二维半导体中“零维量子阱”让室温下的发光更高效

本文报道了一种在常温常压下实现高亮度、高稳定局域激子（XL）发光的新策略。局域激子是光与物质相互作用的理想媒介，在太阳能电池和发光器件中具有重要应用前景，但其在常温下难以稳定存在——一方面，热能会促使激子扩散、脱离束缚；另一方面，材料中多余的电子会引发非辐射复合，大幅降低发光效率（即量子产率QY），并促使激子转化为带电的‘三子’（X⁻），进一步削弱发光。为解决这一难题，研究团队创新性地结合了两种物理机制：电荷中和与应变限域。首先，他们将单层二硫化钼（n型MoS₂）干法转移至带有500纳米直径纳米孔的金基底上。转移过程中，空气中水分会在MoS₂与金之间自然形成一层极薄的H₂O绝缘层，阻碍电子转移，导致多余电子滞留在MoS₂中。研究者通过300℃真空退火一小时，彻底去除了这层水膜，使MoS₂中的多余电子因功函数差异而自发流入金基底，从而实现材料整体电荷中和。其次，纳米孔边缘对MoS₂施加了局部拉伸应变，形成一个零维（0D）的‘应变量子阱’——就像一个微小的碗状势阱，能高效地将激子‘汇聚’并束缚在纳米孔中心。通过漂移-扩散模型定量分析，该结构实现了约98%的激子束缚效率。实验结果表明，退火后，原本占主导的中性激子（X⁰）和三子（X⁻）发光显著减弱，而局域激子（XL）发光则成为绝对主导，其发光强度比X⁰高出约15倍，量子产率从退火前的0.076%跃升至10%，提升了130倍，远超普通单层MoS₂（<1%）。此外，研究还利用原子力显微镜探针施加吉帕斯卡量级的压力，动态、可逆地调控纳米孔处的应变大小，从而实时、精确地调节XL的发光强度和动力学行为。这一成果不仅为常温激子器件提供了切实可行的制备路径，也为未来高效率激子光源、可调谐应变量子平台及室温单光子源等纳米光子学应用开辟了新方向。