Amplificeret spontan emission er et fysisk fænomen, der indebærer amplificering af det lys, der spontant udsendes af ophidsede partikler på grund af fotoner med samme frekvens, der udløser yderligere emissioner. Dette fænomen er centralt for funktionen af forskellige optoelektroniske teknologier, herunder lasere og optiske forstærkere (dvs. enheder designet til at øge lysets intensitet).
Excitationen af et materiale med højenergifotoner kan producere det, der er kendt som et elektronhulsplasma. Denne tilstand er kendetegnet ved den tætte tilstedeværelse af negativt ladede partikler (dvs. elektroner) og positivt ladede ledige stillinger (dvs. huller).
Forskere ved Wuhan University observerede for nylig forstærket spontan emission, der stammer fra degenereret elektronhulplasma i en 2D-halvleder, nemlig suspenderet dobbeltlags wolframisulfid (WS2). Deres papir, der er offentliggjort i Fysiske gennemgangsbrevekunne bane vejen for udviklingen af nye optoelektroniske teknologier baseret på 2D halvledere.
“Dette papir bygger på vores tidligere undersøgelser af meget ophidsede tilstande i 2D overgangsmetaldikalcogenidmaterialer, hvor vi observerede en anomal skarp stigning i fotoluminescens (PL) intensitet ved en tærskel excitationskraft,” fortalte Yiling Yu, seniorforfatter af papiret, til LektieForum. “Dette fænomen indikerede en betydelig faseændring i det ophidsede elektronhulsystem, som vi antog ville føre til en dramatisk ændring i den optiske dielektriske funktion.”
Det primære mål med den nylige undersøgelse fra Yu og hendes kolleger var at bedre forstå udviklingen af den dielektriske funktion under den skarpe stigning i fotoluminescens, som de observerede som en del af deres tidligere forskning. Derudover håbede teamet at afsløre fysiske mekanismer, der driver denne faseovergangsrelateret PL-stigning.
“For at opnå dette udførte vi to centrale eksperimenter,” forklarede Yu. “Først brugte vi kortvarig differentiel transmissionsspektroskopi på dobbeltlag WS2 under kontinuerlig bølge laser excitation. Dette gjorde det muligt for os at detektere optisk forstærkning, der forekommer samtidig med en kraftig stigning i PL -intensitet. “
Efter dette første eksperiment forsøgte Yu og hendes kolleger at forstå oprindelsen af den forstærkede spontane emission, de observerede i WS2. For at gøre dette målte de fotoluminescensspektret af et WS2 Prøve integreret med et Fabry-Pérot-hulrum, som i sidste ende afslørede signaturer af en elektronhulplasmafase.
“Sammen bekræftede disse eksperimenter, at den optiske gevinst og forstærkede spontane emission stammer fra elektronhullets plasmatilstand i den meget ophidsede WS2 System, “sagde Yu.
Den mest bemærkelsesværdige præstation af dette nylige værk er, at det demonstrerede eksistensen af en amplificeret spontan emission, der fremgår af degenereret elektronhulplasma i 2D halvledere for første gang. Derudover indsamlede forskerne indsigt i udviklingen af den optiske dielektriske respons på tværs af faseovergangen af det ophidsede elektronhulsystem, de studerede.
“Evnen til den stærke interaktion mellem mange krop til at opretholde den degenererede elektronhulplasma og resulterende optisk gevinst, fremhæver potentialet i denne ophidsede elektronhulfase for at opnå nye makroskopiske kvantetilstande,” sagde Yu. “Dette kan fremme både grundlæggende forståelse og optoelektroniske anvendelser.”
Resultaterne indsamlet af Yu og hendes kolleger kunne snart inspirere flere forskningsgrupper til at udforske fremkomsten af ASE i 2D Semiconductors, hvilket kunne føre til mere interessante opdagelser. Derudover kunne de bidrage til det fremtidige design og fremstilling af avanceret optoelektronik baseret på 2D -materialer.
“Vi planlægger at udnytte denne ophidsede elektronhulfase som en platform til at etablere veje mod superfluorescens og barnefisk-cooper-scrieffer-lignende makroskopiske kvantefænomener og også opnå effektiv lasing ved at kombinere dette plasma med skræddersyede fotoniske strukturer,” tilføjede YU.