中国半导体十大研究进展候选推荐（2021-013）——纳米自组装半导体超晶格电子-声子强相互作用与自陷态辐射

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工作简介

——纳米自组装半导体超晶格电子-声子强相互作用与自陷态辐射

国家纳米科学中心刘新风课题组与唐智勇课题组在自陷态复辐射机制的研究中取得重要进展。研究成果以“胶体硒化镉纳米片中纵声学声子折叠模式诱导的自陷态辐射（Zone-Folded Longitudinal Acoustic Phonons Driving Self-Trapped State Emission in Colloidal CdSe Nanoplatelet Superlattices）”为题，于2021年04月29日发表在Nano Letters杂志上。

自陷态是一类局域化电子态，是由电子-声子强耦合作用形成的。在强电声耦合状态下，声子动量守恒不再维持。自陷态的辐射跃迁过程因而具备多声子参与特性，并具有宽谱覆盖和大斯托克斯位移特征。在自陷态的跃迁过程中，黄-里斯因子是一个关键参量，它量化了电子-声子耦合强度，代表着光跃迁前后平均声子数的变化。

在前人的工作中，自陷态辐射材料一般具备较“软”的晶格结构，大的黄-里斯因子等特性。然而，常见的III-V、II-VI族光电半导体材料诸如CdS、CdSe等，其晶格较“硬”，电子声子耦合强度低，在这些材料体系上实现自陷态辐射，存在着原理性的挑战。突破材料本征弱电子-声子耦合的困难，实现对自陷态辐射的主动诱导和调控，是当下亟待解决的问题。

在本工作中，研究人员通过“有机”-“无机”纳米级自组装超晶格结构设计，将超晶格结构中特有的纵声学声子折叠模式与纳米片中的激子态强耦合相互作用，克服了CdSe纳米片中弱电-声耦合弱的缺点，成功实现覆盖450 nm 至 600 nm的自陷态宽谱发射。进一步，通过瞬态吸收光谱等手段，揭示了自陷态的形成时间约为450 fs，局域线宽约为0.56 nm，黄-里斯因子从0.1增加到了到19.9。通过“有机”-“无机”纳米级自组装超晶格结构设计理念，使得材料体系的电子声子耦合由弱变强，实现自陷态发射的从无到有。本工作加深了人们对自陷电子态物理机制的理解，并提出“有机”-“无机”纳米级自组装超晶格结构有望成为研究电子声子强耦合作用性质及物理机制的新平台。

国家纳米科学中心博士研究生眭新雨为该研究第一作者，刘新风研究员、唐智勇研究员为通讯作者。该研究得到中科院半导体研究所张俊课题组、北京大学张青课题组、北京大学韦小丁课题组等大力支持。感谢中国科学院战略性先导科技专项（B类）、科技部重点研发计划、中科院仪器研制项目、国家自然科学基金委等项目的大力支持。

图1. (a-b) 有机-无机超晶格示意图和电镜图。(c) 超晶格吸收光谱和自陷态辐射光谱(绿色)。

图2. 瞬态吸收光谱对自陷态中的相干声子展开时域(a,b)和频域(c)解析。结合低波数稳态拉曼光谱（d）和理论计算（e）确认相干声子归属于超晶格中的纵声学声子折叠模式。

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作者简介

通讯作者

刘新风，国家纳米科学中心研究员，博士生导师，中科院纳米标准与检测重点实验室副主任。

2011年于国家纳米科学中心获理学博士学位，之后在新加坡南洋理工大学从事博士后研究，主要从事半导体材料超快光谱学研究。2015年入选中科院人才计划，加入中科院纳米标准与检测重点实验室。近年来在Nat Mater.，Nat. Commun.，JACS，Adv. Mater.，Nano Letters等期刊上发表论文180余篇, 总被引11900多次，H因子54。并应邀在Adv. Mater.，Adv. Opt. Mater.，Photonics Research等期刊撰写综述。担任Nat. Nanotech.，Science Adv.，JACS，Adv. Mater.，Nano Lett.等国际学术期刊审稿人。担任Nanotechnology客座编辑, Journal of Physics: Photonics, Mater. Today. Phys., Nano Materials编委会委员, InfoMat青年编委, Mater. Today Sustain.顾问编委。授权中国专利6项，专著（章节）两部。课题组网站：http://www.nanoctr.cn/liuxfgroup/

通讯作者

唐智勇，研究员，博士生导师，国家纳米科学中心副主任，科技部973（纳米重大研究计划）首席科学家。

担任Nanoscale Horizons和Scientific Reports编委，Small, ChemPhysChem, Nanoscale, Nano Research, Materials Research Express顾问编委，受邀担任国家自然科学基金、北京市自然科学基金和科技部国家重点研发计划评审专家，获国家杰出青年科学基金资助，并先后入选新世纪千百万人才工程国家级人选、中国科学院杰出青年、第二批国家“万人计划”科技创新领军人才等，2018年获国家自然科学奖二等奖。

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原文传递

详情请点击论文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.0c04169

《半导体学报》简介：

《半导体学报》是中国科学院主管、中国电子学会和中国科学院半导体研究所主办的学术刊物，1980年创刊，首任主编是王守武院士，黄昆先生撰写了创刊号首篇论文，2009年改为全英文刊Journal of Semiconductors（简称JOS），同年开始与IOPP英国物理学会出版社合作向全球发行。现任主编是中科院副院长、国科大校长李树深院士。2019年，JOS入选“中国科技期刊卓越行动计划”。2020年，JOS被EI收录。

“中国半导体十大研究进展”推荐与评选工作简介：

《半导体学报》在创刊四十年之际，启动实施 “中国半导体年度十大研究进展”的推荐和评选工作，记录我国半导体科学与技术研究领域的标志性成果。以我国科研院所、高校和企业等机构为第一署名单位，本年度公开发表的半导体领域研究成果均可参与评选。请推荐人或自荐人将研究成果的PDF文件发送至《半导体学报》电子邮箱：[e-mail]，并附简要推荐理由。被推荐人须提供500字左右工作简介，阐述研究成果的学术价值和应用前景。年度十大研究进展将由评审专家委员会从候选推荐成果中投票产生，并于下一年度春节前公布。

JOSarXiv预发布平台简介：

半导体科技发展迅猛，科技论文产出数量逐年增加。JOSarXiv致力于为国内外半导体领域科研人员提供中英文科技论文免费发布和获取的平台，保障优秀科研成果首发权的认定，促进更大范围的学术交流。JOSarXiv由《半导体学报》主编李树深院士倡导建立，编辑部负责运行和管理，是国内外第一个专属半导体科技领域的论文预发布平台，提供预印本论文存缴、检索、发布和交流共享服务。

JOSarXiv于2020年1月1日正式上线（http://arxiv.jos.ac.cn/），通过《半导体学报》官网（http://www.jos.ac.cn/）亦可访问。敬请关注和投稿！

文章来源“半导体学报”公众号

编辑：黄琦

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