武汉大学武大学者在二维半导体激子输运领域取得新进展

（通讯员物轩）近日，《物理评论快报》（Physical Review Letters）在线发表了武汉大学物理科学与技术学院在二维半导体激子输运领域的最新研究成果，文章题目为“Exciton steering via potential landscape engineered by excited electron-hole phase transition”。物理科学与技术学院为第一署名单位和通讯单位。研究员于艺羚为第一作者兼共同通讯作者，博士生徐琰为共同第一作者，教授何军为共同通讯作者。

在二维半导体中，激子因其强烈的光-物质相互作用而备受关注，被视为连接光子学与电子学的理想信息载体。然而，激子呈电中性，难以直接被电场有效操控。此前通常使用的利用应变梯度调控易对材料造成损伤，而通过构造异质结调控层间激子输运则存在光-物质相互作用较弱等问题。因此，如何实现对层内激子输运的高效、可逆的光学调控，是该领域长期面临的一项挑战。针对这一难题，研究团队利用单层二硫化钼（MoS₂），通过光驱动的高激发态激子向电子-空穴液体的相变，成功构建出势能的空间梯度，实现了对层内激子定向空间输运的全光学调控。研究揭示，激子高激发态相变形成的液态相中，电荷分布所产生的库仑屏蔽会形成激子结合能梯度，从而驱动激子向结合能更高的区域移动。更重要的是，所构造的势能梯度对激子和未束缚的电子-空穴对（即电子-空穴等离子体，EHP）产生相反的驱动力——激子作为一个准粒子整体向激子结合能更高的方向移动，而自由载流子则沿电子能带梯度迁移。这种反向输运可通过激子-莫特相变（Exciton-Mott Transition）实现可逆的光学切换。

该工作不仅阐明了二维半导体中激子与未束缚电子-空穴对不同的输运机制，揭示了二维半导体中“热激子”（hot excitons）由激子结合能主导的输运行为，还展示了通过简单调控激发光位置即可实现无损伤、可切换的激子/载流子定向输运。这种全光控制的输运调控方式，为发展可重构的激子互联及量子光学器件提供了全新思路。

激子与EHP在空间势能分布下的双向输运

该项目得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、武汉自然科学基金、武汉大学启动基金、中央高校基本科研业务费专项资金等项目的资助支持。

论文链接：https://doi.org/10.1103/sslb-bpc9