物理系研究团队在《光：科学与应用》发表科研成果

3月5日，以首都师范大学为第一单位、我校物理系周庆莉教授为通讯作者，题为《碲基全二维异质结衬底场诱导的高性能太赫兹调制器》（High-Performance Terahertz Modulators Induced by Substrate Field in Te-Based All-2D Heterojunctions）的重要研究成果发表在《光：科学与应用》（Light: Science & Applications）。中国科学院物理研究所葛琛研究员作为共同通讯作者，物理系博士生张朴婧为第一作者，共同作者包括中国科学院物理研究所杨国桢院士、金奎娟院士、张庆华副研究员、清华大学谷林教授、物理系张亮亮和张存林教授、李梦蕾副教授等。

论文提出了一种基于碲纳米薄膜的全二维异质结高性能太赫兹调制器，通过灵活调整材料及其堆垛方式，突破了现有太赫兹调制器中存在的调制深度和速度不兼容的瓶颈问题，成功将器件性能提升至有望实际应用的水平，并结合跨波段实验和理论计算清晰地阐明衬底诱导效应引起的动力学过程。该工作为全光太赫兹调制器的设计、优化和应用开辟了新的思路。

高性能太赫兹调制器是未来6G通信系统关键技术，但长久以来存在调制深度和速度不兼容的问题。二维材料组成的异质结因其可忽略界面失配的优异特性，以及在界面处的光生载流子动力学输运特性，可为全光太赫兹调制器的性能提升与优化另辟蹊径。碲纳米薄膜具有独特的螺旋结构，表现出带隙可调、高载流子迁移率、高光电导率和高导热系数等优良特性，通过对其异质结的研究发现材料的堆垛顺序极大地影响着器件的性能。特别是，堆垛顺序是锗/碲的异质结可实现超高调制深度以及皮秒量级的载流子寿命，这是目前宽带全二维异质结中的最优指标，进一步结合跨波段的光响应测试印证了异质结的堆垛顺序能调控器件性能，并通过第一性原理计算首次明确了衬底诱导有效电场的方向以及其在光激发电荷动力学中不同寻常的作用机制。该研究工作对全二维异质结中衬底场诱导的非平衡态载流子动力学的内部机制给出了更全面的理解，为高性能太赫兹调制器奠定了研究基础并提供了有效可行的设计指导策略，推动了纳米材料在太赫兹光电器件领域的应用。

此项研究受到了国家自然科学基金和北京市自然科学基金等的支持。《光：科学与应用》是《自然》旗下光学领域的顶级刊物，主要报道在光学和光子学领域最新的具有重要影响力的研究成果，最新的影响因子为19.4。

该研究团队依托于太赫兹光电子学教育部重点实验室和北京市成像技术高精尖创新中心，在太赫兹调制器方面取得了系列高水平研究成果，在《纳米快报》（Nano Letters）、《APL光子学》(APL Photonics)、《应用材料与界面》（ACS Applied Materials & Interfaces）等高影响力国际期刊发表多篇学术论文，受到了国内外同行广泛关注。

原文链接：https://doi.org/10.1038/s41377-024-01393-6