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第一作者：Shenyang Huang，Boyang Yu，Yixuan Ma
通讯作者：晏湖根
通讯单位：复旦大学
文献链接：
https://www.science.org/doi/10.1126/science.adq2977
摘要
本研究揭示了在90°扭曲的黑磷同质结构中存在一种新型的亮红外偶极激子。这些激子具有固有的电偶极矩和高振荡强度，能够通过黑磷的层间堆叠来调控偶极矩和共振能量。研究发现，这些激子继承了黑磷的线性偏振特性，使得光偏振可以用来选择激子的偶极方向。此外，通过改变黑磷的厚度组合，可以广泛调节偶极矩和共振能量，为探索可调谐相关偶极激子提供了一个有用的平台。
研究成果
复旦大学晏湖根教授在《Science》上发表了题为“Bright dipolar excitons in twisted black phosphorus homostructures”的论文，通过堆叠90°扭曲的黑磷（BP）结构，发现了一种新型亮红外偶极激子。这些激子由于重建的能带结构而具有高振荡强度，并且继承了黑磷的线性偏振特性。通过改变黑磷的厚度，可以调节偶极矩和共振能量，从而实现对激子特性的广泛调控。这一发现为开发可调谐激子相关态和多体复合体提供了一个理想的平台。
论文亮点
1.新型亮红外偶极激子的发现：在90°扭曲的黑磷同质结构中发现了具有高振荡强度的亮红外偶极激子，这是在二维材料中首次观察到此类激子。
2.偶极矩和共振能量的广泛可调性：通过改变黑磷的厚度组合，可以调节偶极矩和共振能量，为激子的调控提供了新的可能性。
3.光偏振选择偶极方向：由于黑磷的各向异性原子结构，可以通过光偏振来预设激子的出平面偶极方向，为激子的操控提供了新的自由度。
图文导读
图1 展示了90°扭曲的3层和4层黑磷同质结构的原子结构，以及该结构的偏振红外消光光谱。可以看到，在3层和4层黑磷的光学带隙下出现了两个新的吸收峰（标记为I和I'），这些新峰被归因于亮偶极激子共振。
图2 展示了在不同外加电场下，90°扭曲的3+4层黑磷同质结构的偏振消光光谱。可以看到，随着电场的变化，偶极激子的峰位和强度发生了明显变化，显示出明显的量子限制Stark效应。
图3 展示了不同厚度组合的90°扭曲黑磷同质结构中偶极激子的出平面偶极矩。通过改变黑磷的厚度，可以调节偶极矩的大小，从而影响激子之间的相互作用和激子集合的扩散。
图4 展示了偶极激子共振能量随黑磷层数的变化。随着层数的增加，偶极激子的能量发生红移，显示出明显的层数依赖性。
结论
本研究不仅发现了一种新型的亮红外偶极激子，而且还展示了通过改变黑磷的厚度来调节激子特性的可能性。这些发现为未来在矩形moiré晶格中探索可调谐相关激子态提供了一个理想的平台，这与TMDC moiré系统中的三角形晶格有所不同。
作者简介
晏湖根，复旦大学谢希德青年特聘教授。2004年本科毕业于复旦大学物理系，2010年于美国哥伦比亚大学物理系获得理学博士学位，2010-2013年在美国IBM公司沃森研究院做博士后工作，并于2013年7月晋升为IBM研究员。2015年1月受聘为复旦大学物理系教授。主要从事纳米材料的光谱研究，对二维材料有多年研究经验，并取得一系列成果。迄今在Nature, Nature nanotechnology, Nature Photonics, Nature Communications, Physical Review Letters等国际期刊发表论文70余篇，引用13,000余次，是Elsevier中国高被引学者，Stanford大学评选的全球前2%顶尖科学家。2013年入选海外高层次人才计划青年项目、上海市“东方学者”，2014年入选上海市海外高层次人才计划。曾获IBM杰出成就奖、IBM发明成就奖、Pat Goldberg奖和全国高校物理基础课程青年教师讲课比赛二等奖。
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