核能安全所团队提出范德华二维材料近场光学增强新机制
文章来源：李俊祥 发布时间：2026-05-09
近日，核能安全所科研团队在二维半导体近场光学调控研究方面取得新进展。相关成果以“Tuning Localized Excitonic States in TEA+-Intercalated MoS2 for Near-Field Enhancement”为题，发表于光学领域国际TOP期刊Laser & Photonics Reviews（《激光与光子学评论》）。
过渡金属硫族化合物（TMDs）凭借其强激子效应和丰富的光-物质相互作用特性，在光电子器件、纳米光子学和分子传感等领域展现出重要的应用前景。然而，其表面近场光学响应通常难以主动调控，从而限制激子耦合光学模式的场局域与光-物质相互作用效率，削弱其在纳米光子调控和高灵敏分子传感中的信号增强能力。如何实现强而可控的近场增强，尤其在缺乏传统金属等离激元共振的条件下，是该领域面临的一大挑战。针对这一难题，研究人员创新性地将四乙基铵离子（TEA+）插入MoS2层间，成功构筑出层间距显著扩展的(TEA)xMoS2结构。如图1所示，TEA+插层有效削弱了MoS2的层间耦合作用，重塑了局域介电环境和载流子分布，使得费米能级上移，进而促进了A-三激子和B激子等局域激子态的形成与稳定。飞秒时间分辨瞬态吸收光谱（图2）进一步证实，(TEA)xMoS2中的激子漂白信号不仅更强，且持续时间显著延长，充分说明插层作用有效抑制了快速弛豫过程，使光生激子态变得更加稳定。在此基础上进行的近场光学表征显示，插层后的(TEA)xMoS2表现出更强、更规则的近场干涉条纹，标志着其局域光学近场响应得到了大幅增强。
研究明确指出，这种显著的增强并非源于传统的金属等离激元机制，而是主要得益于TEA+插层诱导的辐射（漏模）激子-光子杂化模式。通过精准调控MoS2的激子态密度、激子寿命及介电环境，该策略大幅提高了激子与入射光场的耦合效率，从而为非金属二维半导体体系中的近场光学增强提供了全新的物理机制。
该论文第一作者为核能安全所李俊祥博士，通讯作者为核能安全所杨良保研究员、翁士瑞副研究员和强磁场科学中心张昌锦研究员。相关研究得到国家自然科学基金项目资助。
文章链接：https://doi.org/10.1002/lpor.202503266
图1. (TEA)xMoS2的结构模型及其在光激发下的激子态调控机制示意图。TEA+插层后，MoS2层间距扩大，层间耦合减弱，载流子分布和费米能级发生变化，从而促进A-三激子和B激子等局域激子态的形成。
图2. 原始MoS2与TEA+插层MoS2的飞秒时间分辨瞬态吸收光谱。结果显示，TEA+插层后A-三激子和B激子相关漂白信号明显增强且持续时间延长，表明插层可稳定光生激子态并延长其弛豫过程。
