中紅外波段(波長(zhǎng)約2-20微米)在分子傳感、熱成像、自由空間通信及紅外對(duì)抗等領(lǐng)域具有重要應(yīng)用價(jià)值。傳統(tǒng)中紅外發(fā)光器件通常面臨發(fā)光效率低、偏振態(tài)固定難以調(diào)節(jié)等問題，限制了其在集成光子學(xué)和動(dòng)態(tài)光電系統(tǒng)中的應(yīng)用。如何實(shí)現(xiàn)中紅外發(fā)光偏振態(tài)的動(dòng)態(tài)、連續(xù)調(diào)控，一直是該領(lǐng)域的挑戰(zhàn)之一。
研究團(tuán)隊(duì)將目光投向具有特殊能帶結(jié)構(gòu)的窄帶隙二維半導(dǎo)體材料。這類材料在能帶邊緣存在一種被稱為“外爾節(jié)點(diǎn)”的奇異點(diǎn)，在這一點(diǎn)上，發(fā)光偏振態(tài)對(duì)載流子的占據(jù)狀態(tài)極其敏感，任何微小的能量或動(dòng)量偏移都會(huì)導(dǎo)致偏振態(tài)的變化，這為實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)調(diào)控提供了物理基礎(chǔ)。基于此，研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)并制備了新型發(fā)光器件，通過外部電場(chǎng)或載流子注入等方式，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)材料能帶的連續(xù)調(diào)控，從而動(dòng)態(tài)改變發(fā)光偏振狀態(tài)。
與傳統(tǒng)的各向異性材料依賴晶格取向固定偏振不同，這種基于能帶工程的方法允許在同一個(gè)器件中實(shí)現(xiàn)偏振態(tài)的連續(xù)、可逆調(diào)節(jié)，且調(diào)控速度更快、能耗更低。
該研究首次實(shí)驗(yàn)演示了基于“帶邊外爾節(jié)點(diǎn)偏振奇點(diǎn)”的動(dòng)態(tài)可調(diào)偏振光源，為探索外爾點(diǎn)附近的光與物質(zhì)相互作用及中紅外拓?fù)涔怆娮悠骷_辟了新的技術(shù)路徑。業(yè)內(nèi)專家認(rèn)為，這項(xiàng)研究在基礎(chǔ)物理與器件應(yīng)用之間架起了橋梁，為二維材料光電特性的深度開發(fā)提供了范例，有望推動(dòng)中紅外光子技術(shù)向動(dòng)態(tài)化、智能化方向發(fā)展。
相關(guān)研究成果Dynamically tunable polarized mid-infrared light-emitting diodes from polarization singularities in a band-edge Weyl node于近日發(fā)表于《自然-通訊》(nature communications)。
參考來源：中國(guó)科學(xué)院蘇州納米所
