近日，物理学院的校级青年拔尖引进人才周旭副研究员，周思教授和徐小志教授在高水平国际学术期刊《Nano Research》上共同发表了关于二维材料激子调控的论文《Van der Waals Gap Tunning the Excitons in 2D Materials》。文章报告了通过退火改变衬底和二维材料之间的范德华间隙可以调节激子光谱和激子结合能。他们报道了一个有趣而又常见却常被忽视的现象，并详细而深入地阐述了衬底与二维材料之间的范德华间隙对二维材料激子性能影响的物理机制。华南师范大学为第一署名单位，物理学院周旭副研究员、周思教授、徐小志教授以及深圳国际量子研究院的梁晶为共同通信作者，物理学院研究生许笃铭、马余华、邓巧莹为论文共同一作。周旭老师提出实验设计和布局，并与梁晶、徐小志老师指导学生主要完成实验部分，周思老师指导学生主要完成理论部分。

新兴的二维材料表现出强烈的激子效应，其丰富的激子类型（如中性激子、带电激子等）对材料的光学响应和光电特性起着决定性作用。通过调控二维材料的层间范德华间隙可有效改变层间耦合强度，进而实现对激子结合能和电子能带结构等关键参数的调控。目前已有大量研究通过高压物理压缩、化学插层以及超声处理等相关策略来调控二维材料内部的层间范德华间隙。然而，二维材料与其衬底之间的间隙却相对较少被研究。由于激子的电场线能延伸到二维材料的外部区域，使得激子体系的库仑相互作用对纳米尺度内的介电环境变化极为敏感，所以，有意改变二维材料与衬底之间的范德华间隙可以显著影响局部介电环境，进而影响二维材料的激子结合能和电子带隙。但目前来说，二维材料与其衬底之间纳米尺度内的间隙变化对激子行为的具体影响尚不明确，还需要进一步开展系统性的研究。

本工作中，研究团队在实验上证明了通过简单高效的退火方法来改变二维材料与其衬底之间的范德华间隙可以引起激子周围局部介电环境和库仑屏蔽效应的变化，从而实现对激子结合能和电子带隙的有效调控。退火之前的单层WS₂在低激发功率下能同时观察到清晰的中性激子和带电激子，经过退火处理之后，单层WS₂与其SiO₂/Si衬底之间的范德华间隙从约6 nm减少到约3 nm，这增强了衬底对材料的库仑屏蔽效应，使带隙因重整化而红移了约14 meV，激子结合能减少了约20 meV，从而有效抑制了带电激子的形成（图一）。这项研究阐明了二维材料与其衬底之间的潜在物理相互作用机制，为二维材料器件的设计和优化提供了宝贵的见解。

图一 范德华间隙调控二维材料激子示意图

图二 论文信息 

论文链接：

https://url.scnu.edu.cn/record/view/index.html?key=91d8262c577452ec207c597600168542

DOI：10.26599/NR.2025.94907342