激子是由库仑力束缚的电子-空穴对，作为光学和电学信号之间的桥梁，激子器件在集成光电芯片中具有极大的应用潜力。激子器件的早期发展主要依赖于传统的无机半导体材料，通过利用半导体量子阱结构促进激子的产生，实现激子的短程传输，并且制备出了基于激子的晶体管器件。但是，由于此类半导体量子阱系统中激子的结合能较小，相应的激子器件通常需要在液氦温区下才能工作，这在很大程度上限制了激子器件的实际应用。由于二维过渡金属硫族化合物具有较高的激子结合能，近年来基于单层二维半导体材料的激子器件在室温下工作的机会大增，这为高速光电信号转换领域带来了新的应用前景。然而，在室温下实现单层半导体中激子分布的高速电调制仍然具有极大的挑战性。
近日，我院都薇教授和王涛教授团队设计并制备了一种基于单层二维半导体材料的“金属-单层二维半导体-金属”横向结器件，通过在金属电极两端施加高频交流偏压，可以在室温下实现对单层二维半导体面内激子分布的高速调控。在横向电场作用下，单层二维半导体/金属电极界面上的陷阱态可以捕获或释放电荷，从而改变单层中载流子的浓度分布及其与单层二维半导体激子的相互作用，进而实现有效的激子调制。此外，该策略适用于不同的单层二维半导体材料，其调制信号与单层二维半导体材料的掺杂种类及掺杂程度有关。另外，该器件中激子调控的开关时间只有5ns，这为未来高速电驱动激子器件的进一步发展奠定了重要基础。此项研究揭示了陷阱态辅助激子调控在单层二维半导体中的应用，为室温二维激子器件和光电芯片的发展提供了新的思路。
原文链接：
https://www.nature.com/articles/s41467-023-42568-w
文章题目：
Room-temperature high-speed electrical modulation of excitonic distribution in a monolayer semiconductor
作者信息：
Guangpeng Zhu, Lan Zhang, Wenfei Li, Xiuqi Shi, Zhen Zou, Qianqian Guo, Xiang Li, Weigao Xu, Jiansheng Jie, Tao Wang*, Wei Du*, Qihua Xiong
都薇教授简介：
http://funsom.suda.edu.cn/c5/37/c2735a443703/page.htm
王涛教授简介：
http://funsom.suda.edu.cn/7c/b1/c2735a294065/page.htm
责任编辑：郭佳