东南大学骆越教授在《自然通讯》上发表最新研究成果

（通讯员 骆越）近日，东南大学骆越教授联合哈佛大学报道了在多层范德华二硒化钨（WSe₂）量子阱中实现的具有宽带可调谐性的子带间极化激元。研究团队通过原生介电层高密度P型掺杂，在不同层数厚度的二维范德华量子阱中实现了电调谐的双曲型子带间极化激元的成像和调控。这种二维范德华量子阱平台有望在极化激元器件领域催生出广泛的应用。相关成果以“介电质本征掺杂范德华半导体量子阱中双曲子带间极化激元的观测（Observation of hyperbolic intersubband polaritons in native-dielectric-doped van der Waals semiconductor quantum wells）”发表于《自然通讯》（Nature Communications）上。

在半导体量子阱中，电子被限制在纳米尺度空间内运动，形成一系列离散的能级（子带）。电子在不同子带间的跃迁被称为子带间跃迁，是红外光探测、量子级联激光器等核心器件的基础物理过程。近年来，二维范德华材料（如过渡金属硫族化合物TMDs）因其天然的原子级平整界面和可堆叠特性，成为构筑量子阱的理想平台。然而，由于子带间跃迁的光偏振方向与自由空间光子不匹配，以及传统静电掺杂难以实现足够高的载流子密度，在二维材料中实现强耦合的子带间极化激元一直面临巨大挑战。

研究团队提出了一种创新方法：通过氧化多层WSe₂的最顶层，形成自限性过渡金属氧化物层，利用其与下层WSe₂之间的功函数差异，实现高效的电荷转移与超高密度空穴掺杂（载流子密度可达10¹³ cm^-2量级），比传统静电掺杂高出近一个数量级。这种“原生介电掺杂”策略不仅大幅增强了子带间跃迁的振子强度，还使得在多层WSe₂中直接观测与调控极化激元成为可能。研究团队利用散射式扫描近场光学显微镜（s-SNOM），在真实空间中以纳米级分辨率直接观测到了子带间极化激元的传播行为。在纳米谐振器中，极化激元被高度局域，形成明显的驻波模式，有效模式体积极小，显示出极强的光场压缩能力。

这项研究的成功，不仅首次在二维范德华量子阱中实现了电调谐的双曲型子带间极化激元，通过层数、掺杂和电场多重调控，极化激元能量可覆盖中红外至太赫兹频段。该方法可拓展至其他TMD材料体系，为设计各类红外光电器件（如探测器、光源、调制器）提供新思路，为研究强耦合光－物质相互作用、非线性光学效应及拓扑光子学提供了理想实验平台。

东南大学骆越教授为第一作者及通讯作者，哈佛大学William Wilson主任为共同通讯作者。该项目获得国家自然科学基金重大研究计划培育项目、东南大学青年特支计划等多项资助。

论文网址：https://www.nature.com/articles/s41467-025-65196-y

供稿：电子科学与工程学院

（责任编辑：孙艳 审核：李震）