近日，Science在线发表了复旦大学晏湖根教授课题组的研究论文，题目为「Bright dipolar excitons in twisted black phosphorus homostructures」，论文的第一作者为Shenyang Huang、Boyang Yu和Yixuan Ma。

偶极激子是具有永久电偶极的玻色子粒子，在排列时具有很强的排斥相互作用。它们表现出明显的非线性，并通过斯塔克效应被电场高度可调。然而，由于偶极矩的存在需要电子和空穴的分离，偶极激子与光子的耦合减弱。对于II型二维（2D）过渡金属硫族化合物（TMDC）半导体异质结中的层间激子尤其如此，其中电子位于一层，空穴位于另一层，导致振子强度减弱。

亮偶极激子含有电偶极子，具有高振子强度，是研究关联量子现象的理想平台。它们通常依赖于两个量子阱或两层之间的载流子隧穿，与非极性激子杂化以获得振子强度。

在此研究中，作者在90°转角黑磷（BP）同质结的红外区域揭示了这种亮偶极激子。与TMDC同质或异质双层中发现的偶极激子不同，这项研究新发现的激子是由空间限域在其中一层薄膜上的Γ点空穴和以新的包络波函数和能级延伸穿过两层薄膜的电子形成的。这些激子本质上是偶极的，即使在室温下也表现出相当大的振子强度，吸收超过1%。它们具有面外电偶极，具有线性量子限域斯塔克效应。值得注意的是，它们表现出多种可调性。由于BP的各向异性原子结构，偶极取向可以通过光偏振来选择，通过改变不同厚度BP成分的组合，偶极矩可以从~0.22到~1.1 enm调节，共振能量范围为~0.4到1.6 eV。这些亮偶极激子具有广泛的可调性，非常适合开发可调激子关联态和多体复合物。

图1 | 90°转角3+4L BP同质结的消光光谱。

图2 | 电场作用下90°转角BP同质结。

图3 | 厚度依赖的面外偶极矩。

图4 | 偶极激子能量随厚度的演化。

论文链接：

Huang, S., Yu, B., Ma, Y. et al. Bright dipolar excitons in twisted black phosphorus homostructures. Science, 2024, 386, 526–531. https://doi.org/10.1126/science.adq2977

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