超快光学开关新突破！

【研究背景】

光激发态是光子技术中的重要组成部分，尤其在单层半导体中的激子因其强光-物质耦合、旋转-谷锁定和优异的可调性而成为研究热点。然而，激子与电子-孔复合物（如三子）的快速动态调控仍然面临重大挑战，尤其是在时域调制的快速性上。为了解决这一问题，研究人员通过在太赫兹频率范围内施加短脉冲，实现了在原子薄材料中以皮秒级时间尺度将带电激子转化为中性激子的过程。这一研究不仅揭示了三子与激子的瞬时转换机制，还表明该过程可以通过延迟时间和太赫兹脉冲功率进行调节。实验结果展示了可控性强的光发射特性，推动了基于原子薄材料的光子学新技术的发展。

为了解决这些问题，德国亥姆霍茨德累斯顿—罗森多夫研究中心(HZDR)Stephan Winnerl和德累斯顿工业大学 Alexey Chernikov团队携手提出了一种新颖的分子设计策略，通过引入精心选择的辅助受体来离域CzBN型TADF发射体的电子分布。概念验证的发射体4CzBN-PhCN和4tCzBN-PhCN表现出高效能和优异的固有稳定性。通过这种策略，目标分子在负极化子和三重态激发状态下不仅改善了键解离能，还加速了激子的消耗，从而显著提高了稳定性。作者的设计策略为深蓝色OLED的实际应用提供了新的发展思路，并可能对其他有机光电子功能材料，包括宿主材料和电荷传输材料，带来积极影响。

【仪器解读】

本文通过超快光学与太赫兹辐射的相互作用原理，具体来说，利用低能量太赫兹脉冲对三元激子进行调控，首次研发了用于实时表征激子状态转换的高灵敏仪器，从而发现了激子与电子复合的快速动态过程，最终揭示了在原子薄材料中实现超快光学开关的潜力。

针对激子—电子复合现象，本文通过时间分辨光谱分析，得到了在皮秒时间尺度上三元激子转变为中性激子的具体机制，进而挖掘了激子与自由电荷载流子之间的强互作特性。在此基础上，通过太赫兹光谱与时间分辨发光光谱等多种表征手段，着重研究了激子与三元激子的动力学行为及其与光场的相互作用。

研究表明，所开发的仪器不仅能高效地调节激子光学响应，还能为新型纳米光子器件的研发提供有力的实验支持。通过精确调控太赫兹脉冲的强度和延迟时间，研究人员实现了对激子光发射特性的动态控制，为后续在异质结构和莫尔超晶格中探讨激子耦合与调控提供了新的研究方向。这一成果不仅丰富了对低维材料中光物质耦合的理解，还为未来发展高度敏感的光电设备奠定了基础，推动了光子学和纳米技术的前沿研究。

【图文速递】

图1：强太赫兹辐射对单层MoSe2中激子-电子复合物的影响。

图2. 太赫兹诱导的三子转激子转化的共振条件。

图3. 三子转激子转化的延迟时间和太赫兹脉冲能量的可调性。

【科学启迪】

本文展示了在单层半导体中，通过太赫兹脉冲实现激子到中性激子的超快转换。这一过程依赖于激子与自由电荷载流子之间的高效相互作用，为光电技术提供了新机遇。关键在于，通过调节与激子结合能的共振条件，可以在皮秒级时间尺度内动态控制光学特性，这为激发新的纳米光子器件奠定了基础。未来，研究者可以探讨在异质结构中耦合的激子与关联电子态之间的相互作用，或在莫尔超晶格中操控带电激子。这种外部可调性和精确控制不仅推动了基础科学研究的深入，也为光子学和纳米技术领域的技术发展提供了广阔的前景。例如，开发在太赫兹频率下可调的光发射器和调制器，或是基于纳米厚度半导体的高灵敏度太赫兹辐射探测器。这些创新将为新型光电器件的实现提供强大动力，推动未来光电子学的发展。

原文详情：Venanzi, T., Cuccu, M., Perea-Causin, R. et al. Ultrafast switching of trions in 2D materials by terahertz photons. Nat. Photon. (2024). https://doi.org/10.1038/s41566-024-01512-0