多年来，来自世界各地的科学家一直在做两件事-发明和完善。 有时不清楚哪个更难。 例如，对我们来说看起来如此简单和普通的普通LED，我们就不会关注它们。 但是，如果您在其中添加一些激子，少量的极化子和二硫化钨，则这些LED将不再那么平淡无奇。 所有这些苛刻的术语都是极其不寻常的组件的名称，这些组件的组合使纽约城市学院的科学家能够创建一个新系统，该系统可以借助光来极其快速地传输信息。 这一发展将有助于改善Li-Fi技术。 所使用的新技术的确切成分是什么，该“菜”的配方是什么，新的激子-极化LED的效率如何？ 这将告诉我们科学家的报告。 走吧
学习基础
如果将所有内容简化为一个词，那么该技术就是轻便的，并且所有内容都与之相关。 首先，当光子与介质（声子，激子，等离子激元，磁振子等）的激发相互作用时产生的极化子。 其次，激子是在电介质，半导体或金属中的电子激发，它通过晶体迁移，与电荷和质量的传递无关。
重要的是要注意，这些准粒子非常喜欢冷，即 仅在极低的温度下才能观察到它们的活性，这极大地限制了实际应用。 但这是以前的事情。 在这项工作中，科学家们能够克服温度限制，并在室温下使用它们。
极化子的主要特征是能够将光子彼此结合。 与ns原子碰撞的光子会增加质量。 在多次碰撞的过程中，光子会弹开，但在极少数情况下会形成成对和三重态，同时会失去由atom原子表示的原子成分。
但是为了对光做点什么，必须将其捕获。 为此，我们需要一个光谐振器，它是形成驻光波的反射元件的集合。
在这项研究中，最重要的作用是由更多不寻常的准粒子-激子极化子构成，它们是由于激子和捕获在光学谐振器中的光子之间的强耦合而形成的。
但是，这还不够，可以说需要物质基础。 如果没有过渡金属二卤化硅（PDM），谁会比其他人更好地扮演这个角色。 更准确地说，具有令人印象深刻的激子结合能的单层WS
2 （二硫化钨）被用作发光材料，这成为选择材料基础的主要标准之一。
所有上述元素的组合使得可以创建在室温下运行的电控极化LED。
为了实现此设备，WS
2单层位于薄的六角形氮化硼（hBN）隧道势垒之间，石墨烯层充当电极。
研究成果
WS
2是过渡金属二卤化物，也是原子级薄的范德华（vdW）材料。 这表明其独特的电，光，机械和热性能。
结合其他vdW材料，例如石墨烯（作为导体）和六方氮化硼（hBN，作为绝缘体），可以实现包括LED在内的整套电控半导体器件。 研究人员公开指出，范德华材料和极化子的类似组合先前已经实现。 但是，在以前的工作中，最终的系统是复杂且不完善的，并且也没有揭示每个组件的全部潜力。
受前辈启发的想法之一是使用二维材料平台。 在这种情况下，可以实现具有原子薄发射层的设备，该设备可以与充当接触（石墨烯）和隧穿势垒（hBN）的其他vdW材料集成在一起。 此外，这种二维特性可以将极化LED与具有异常磁特性，强超导性和/或非标准拓扑转移的vdW材料组合在一起。 这种结合的结果是，您可以获得一种全新的设备，其属性可能非常不寻常。 但是，正如科学家所说，这是另一项研究的主题。
图片编号1图像
1a显示了类似于夹心蛋糕的设备的三维模型。 银层充当光谐振器的上镜，而12层分布式
布拉格反射器*充当下层。 在活动区域中有一个隧道区域。
分布式布拉格反射器* -多层结构，其中材料的折射率垂直于各层定期变化。
隧道区由vdW异质结构组成，该异质结构由单层WS
2 （发光体），单层两侧的薄hBN层（隧道势垒）和石墨烯（用于引入电子和空穴的透明电极）组成。
添加了另外两个WS
2层以增加总发生器强度，因此，极化子态的拉比分裂更明显。
通过改变PMMA层（聚甲基丙烯酸甲酯，即有机玻璃）的厚度来调节谐振器的工作模式。
图像
1b是分布式布拉格反射器表面上vdW异质结构的快照。 由于作为下层的分布式布拉格反射器的高反射率，图像中的隧道区域具有非常低的反射对比度，因此只能观察到较厚的hBN上层。
图
1c是隧道几何形状中偏移的vdW异质结构的区域图。 当上部（下部）石墨烯的费米能级移至WS
2的导带（价）上方（以下）时，在阈值电压之上观察到电致发光（EL），从而使电子（空穴）隧穿进入WS
2的导带（价）。 这为在WS
2层中形成激子和随后的辐射（辐射）电子-空穴复合创造了有利条件。
与需要掺杂的基于pn结的发光器不同，隧穿器件的EL仅取决于隧穿电流，从而避免了光损耗和温度变化引起的电阻率变化。 同时，与基于pn结的二卤化物器件相比，隧道结构允许更大的辐射面积。
图
1d显示了作为石墨烯电极之间偏置电压（
V ）的函数的隧道电流密度（
J ）的电特性。 对于正电压和负电压，电流的急剧增加表明出现了通过结构的隧道电流。 在最佳层厚度hBN（〜2 nm）处，观察到显着的隧穿电流和引入的用于辐射复合的载流子的寿命增加。
在电致发光实验之前，该器件的特征在于具有角分辨率的白光反射率，以确认存在强激子耦合。
图片编号2图像
2a显示了反射光谱，其分辨率与设备的有效区域之间的夹角为一定角度，显示了防止相交的行为。 在非共振激发（460 nm）下也观察到光致发光（PL），显示出来自极化子下部分支的强烈辐射和来自极化子上部分支的弱辐射（
2b ）。
图2c示出了在引入0.1μA/μm2的情况下极化子的电致发光的分散。 通过将振荡器模式（实线和白色虚线）拟合到电致发光实验中获得的拉比分裂和谐振器失谐分别为〜33 meV和〜-13 meV。 将谐振器失谐定义为δ= E
c -E
x ，其中E
x是激子能量，E
c表示平面中动量为零的谐振器的光子能量。 图
2d是与电致发光分散体在不同角度的切片。 在此，在激子共振区中发生反交的上，下极化子模式的色散清晰可见。
图片编号3随着隧道电流的增加，总的EL强度增加。 在阈值偏置（
3a ）附近观察到来自极化子的弱EL，而在阈值偏置之上足够大的偏置时，极化子发射变得明显（
3b ）。
图
3c显示了EL强度随角度变化的极坐标图，描绘了±15°的窄发射锥。 对于最小（绿色曲线）和最大（橙色曲线）激励电流，辐射方向图几乎保持不变。
图3d显示了在各种移动隧道电流下的积分强度，从图中可以看出，该强度是非常线性的。 因此，将电流增加到较高的值会导致极化子沿下部支路成功散射，并由于极化子的产生而产生极窄的辐射方向图。 但是，由于与hBN隧道势垒的介电击穿相关的限制，在本实验中无法实现这一目标。
3d上的红点表示另一个指标的测量值-外部
量子效率* 。
量子效率*是光子数与吸收的光子总数之比，光子的吸收率导致形成准粒子。
观察到的量子效率可与其他极化LED（基于有机材料，碳管等）相比。 值得注意的是，在所研究的器件中，发光层的厚度仅为0.7 nm，而对于其他器件，该值要高得多。 科学家们并未掩盖其器件的量子效率不是最高的事实，但是可以通过在隧道区域内放置更多的单分子层（由hBN薄层隔开）来提高其量子效率。
研究人员还通过制造另一种器件，但具有更强的失配（-43 meV），测试了腔失配对极化子EL的影响。
图片编号4图像
4a显示了在0.2μA/μm2的电流密度下具有这种器件的角分辨率的EL光谱。 由于强烈的失谐，该器件显示出显着的EL瓶颈效应，并在大角度出现最大发射。 这在图像
4b中得到了进一步确认，图像
4b中将该设备的极坐标图与第一个（
2c ）进行了比较。
要更详尽地了解这项研究的细微差别，建议您研究一下
科学家的
报告 。
结语
因此，所有上述观察和测量结果证实了嵌入在光学微谐振器中的vdW异质结构中存在极化子电致发光。 研究中的器件的隧道结构可将电子/空穴结合并重组到WS
2单层中，WS
2单层用作发光体。 重要的是，该器件的隧道机制不需要合金成分，这样可以最大程度地减少损耗和与温度相关的各种变化。
发现由于谐振器的分散，EL具有高方向性。 因此，谐振器品质因数的提高和更高的电流供应将提高微谐振器LED以及电控微谐振器极化子和光子激光器的效率。
这项工作再次证实了过渡金属二卤化物具有真正独特的性能和广泛的应用范围。
此类研究和创新发明会极大地影响通过LED和照明灯等进行数据传输技术的开发和传播。 这些未来技术包括Li-Fi，它可以提供比现有Wi-Fi更高的速度。
谢谢大家的关注，保持好奇心，祝大家工作愉快！ :)
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