由奥尔登堡物理学家 Hangyon Shan 博士、Christian 博士教授领导的国际团队开发出由三个原子层组成的晶体在室温下可以发出类似激光的光。这种新材料有可能在微型电路和未来的量子应用中用作光源。相关成果发表在科学期刊Nature Communications 上发表的一篇文章中。

迄今为止，科学家们只能在略高于绝对零的温度下产生这种效应。从这些低温温度到室温的转变使这些二维材料的应用更加有趣。

该团队使用化合物二硒化钨进行实验。该化合物属于一类由过渡金属和硫、硒或碲元素中的一种组成的半导体。这些半导体的单层晶体与光相互作用非常强，一段时间以来一直被认为是微型和纳米激光器的潜在基础。

放置在“镜子”之间的单层晶体（图像中心）可以在室温下发射激光。（图片：奥尔登堡大学/QMat）

就在去年 5 月，同一团队在《自然材料》杂志上报告一层半导体材料二硒化钼在低温下产生激光。

现在，研究人员已经达到了下一个里程碑，并在室温下产生了相同的效果。激光发射来自由物质和光组成的混合粒子，称为激子极化子。激子极化子是光粒子和激发电子之间耦合的结果。当处于基态的电子被提升到更高的能量状态时，例如通过激光，就会形成激发的电子。几分之一秒后，它们会发出一个光粒子。当这个粒子被困在两个镜子之间时，它可以反过来激发另一个电子——这个循环一直持续到一个轻粒子逃离陷阱。在这个耦合过程中产生的激子极化子结合了电子和光粒子（光子）的有趣特性。

一个特别有趣的方面是，如果产生足够多的激子极化子，它们就不再像单个粒子那样运行，而是合并为宏观量子态。样品的光发射突然增加表明这种转变已经发生。就像激光发出的光一样，由此产生的辐射只有一个波长。可以这么说，它是单色的。它还向特定方向辐射，并能够显示“干涉”现象，这是物理学中称为“相干性”的特性。

为了证明二硒化钨的这种效果，该团队首先制作了厚度不到十亿分之一米（一纳米）的半导体样品，并将它们放置在特殊的镜子之间。然后物理学家用激光刺激晶体，并使用各种技术研究产生的发射。他们发现了强有力的证据表明辐射必须来自具有光和物质特性的混合粒子。这使他们得出结论，激子极化子确实在半导体中形成。此外，研究人员还发现证据表明这些粒子已经合并成一个共同的宏观量子态。

研究团队的结果增强了二维材料可以适合作为新纳米激光器平台的希望，这些纳米激光器也可以在室温下工作——这是世界各地不同团体近十年来一直追求的目标。今年 5 月，另一组研究人员还发现了室温下单层晶体中激子极化子的相干激光发射的证据。这加强了我们的信念，即我们的结果是正确的。安东-索拉纳斯说。

此外，光与二维材料之间的强相互作用具有特殊的性质，使这些材料对光可以控制电流的电路感兴趣。