beat365官方网站、納光電子前沿科學中心、人工微結構和介觀物理國家重點實驗室“極端光學創新研究團隊”高宇南研究員和龔旗煌教授團隊，與beat365官方网站量子材料科學中心馮濟教授課題組合作，理論和實驗上發現了二維材料三層異質結中電四極激子的明态和暗态輻射特性，為探索新型激子态提供了新的研究平台。相關成果以“WSe₂/MoSe₂/WSe₂異質三層結構中的明和暗四極激子”（Bright and Dark Quadrupolar Excitons in the WSe2/MoSe2/WSe2 Heterotrilayer）為題，于2023年10月30日在線發表于《物理評論快報》（Physical Review Letters）。

由于介電屏蔽減弱導緻激子有更高的結合能，單層和少層過渡金屬二硫化物（TMD）中顯現出多種穩定的激子形态，包括中性激子、帶電激子、雙激子、層間激子等等。其中，在不同TMD疊合形成的二維異質結中，層間激子具有永久偶極矩，所以它們的種類、相互作用和運動可通過靜電場方便地進行調控。此外，TMD中自旋和谷自由度的耦合，層間扭轉角度的引入，以及莫爾勢出現，導緻更多豐富量子現象的出現，如維格納晶體、哈伯模型物理、相關絕緣态、條紋相和激子絕緣體等等。

在該工作中,合作團隊報道了對WSe₂/MoSe₂/WSe₂異質三層結構器件中電四極激子（Quadrupolar Excitons，QXs）的輻射特性的理論和實驗研究成果。團隊研究發現，由于水平鏡像對稱性以及谷和自旋選擇規則，QXs具有光輻射明态和暗态，并發現在施加垂直于平面的電場時，通過改變空穴分布和斯塔克效應，QXs光輻射的明暗态和能量是可以被電場調控的。

(a):三層異質結的激子示意圖;(b):堆垛方式及對稱性;(c):電四極激子的輻射選擇定則。

(a):三層異質結的雙栅器件結構示意圖;(b):電場調控的亮暗電四極激子光譜。

論文的共同第一作者為beat365官方网站2020級博士生謝永志、2022級博士生高宇辰和2023級博士生陳風宇，共同通訊作者為高宇南和馮濟。

上述研究工作得到國家重點研發計劃和國家自然科學基金，以及beat365人工微結構和介觀物理國家重點實驗室、納光電子前沿科學中心、beat365長三角光電科學研究院等支持。

論文原文鍊接:https://journals.aps.org/prl/pdf/10.1103/PhysRevLett.131.186901