物性物理学：原子レベルの薄さのヘテロ構造における空間コヒーレンスの長い層間励起子レーザー

二次元半導体は、励起子–光子相互作用が強く、作製が容易でデバイスへの集積が可能なため、ナノフォトニクス用の新材料として登場した。今回我々は、こうした特性をうまく利用して、回転整列した原子レベルの薄さのヘテロ構造の直接バンドギャップ層間励起子に基づく、効率の良いレーザー媒質を作製した。レーザー発振は、窒化ケイ素回折格子共振器に集積した遷移金属ジカルコゲニドヘテロ2層（WSe₂–MoSe₂）から測定された。さらに、放射の空間コヒーレンスの急激な増大が、レーザー発振しきい値をまたいで観測された。今回の研究結果は、二次元ヘテロ構造の層間励起子が、空間コヒーレントなレーザー発振の利得媒質となること、そしてヘテロ集積の可能性を立証している。こうした層間励起子は、励起子–光子相互作用の強さを電気的に調整でき、長距離にわたる双極子相互作用を有するため、低出力超高速のレーザーや変調器としての応用や多体量子現象の研究に有望である。

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