中国科学院 库仑相互作用的调制
(左)2D半导体中库仑相互作用屏蔽增加的图示
(右)示意图显示了库仑相互作用屏蔽的增加对2D半导体的电子带隙(Eg)、激子结合能(Eb)和光学带隙(Eopt)的影响
通过电子能带结构中光载流子初始分布的调制(左)用密度泛函理论计算单层量子点的电子能带结构
绿色区域显示条带嵌套区域
(右)单层量子点中光载流子的弛豫路径，其中激发是从基态到带嵌套区
通过界面电声耦合的调制
(左)界面电子-声子耦合示意图
不同衬底上单层二硫化钼的光载流子动力学
通过设计vdW异质结构的能带排列进行调制
(左)石墨烯/二硫化钼/二硫化钼三层样品的能带排列
(右)二硫化钼到石墨烯的电子转移及其在三层中的寿命
信用:、聂忠辉、王凤秋 二维(2D)半导体可以容纳丰富的激子种类，因为库仑相互作用大大增强
激子态可以表现出大的振子强度和强的光-物质相互作用，并支配2D半导体的光学性质
此外，由于低维数，2D半导体的激子动力学可能更容易受到各种外部刺激，丰富了可以利用的可能的定制方法
理解能够影响光生激发态动力学的因素是2D半导体中激子物理的一个重要方面，对于实际应用也是至关重要的，因为激发态寿命与多个光电和光子器件的关键品质因数有关
虽然已经为大块半导体积累了某些经验，但是2D半导体的原子特性可能使这些方法不太有效或难以适应
另一方面，2D半导体的独特性质，如强激子态、对外部环境因素的敏感性和构建vdW异质结构的灵活性，预示着不同于传统材料的调制策略
在《光:科学与应用》杂志上发表的一篇新的综述文章中，由南京大学王凤秋教授带领的一组研究人员总结了迄今为止在2D半导体光载流子弛豫动力学调制方面获得的知识和进展
在简要总结了2D半导体中的光载流子弛豫动力学之后，作者首先讨论了库仑相互作用的调制及其对瞬态特性的影响
2D半导体中的库仑相互作用可以通过引入来自外部电介质环境或注入电荷载流子的额外屏蔽来调制，从而导致准粒子带隙和激子结合能的修改
根据光载流子动力学的弛豫途径或机制，讨论了光载流子动力学的影响因素和调控方法
第一个讨论的因素是电子能带结构中光载流子的初始分布，这可以通过在能量和动量空间中启用不同的可用弛豫路径来影响它们的衰变过程
然后讨论了缺陷辅助和声子辅助弛豫
虽然利用缺陷辅助弛豫的方法(例如离子轰击和封装)类似于体半导体的方法，但是对于2D半导体，声子辅助弛豫的调制可以不同
“一方面，电荷载流子和声子之间的耦合可以由于被抑制的介电屏蔽而得到增强；另一方面，高的表面体积比使得2D材料更容易受到外部声子环境的影响
“此外，构建vdW异质结构的灵活性和跨界面的超快电荷转移使得能够通过能带排列工程定制光载流子动力学
不同粒子种类之间的转变也提供了通过改变不同准粒子之间的比率进行调制的机会，这可以改变不同弛豫路径的相对部分，从而改变整个样品的瞬态光学响应
最后，讨论了2D TMDs中自旋/谷极化动力学的调制，重点讨论了提高自旋/谷极化寿命的方法
通过这篇综述，作者旨在为开发调整光载流子弛豫行为的稳健方法提供指导，并加强对2D半导体中这一基本过程的物理理解
正如作者在结论中指出的，“在2D半导体中光载流子弛豫的基础理解和实际调制方面，仍然需要巨大的研究努力
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