物理学院学术报告（第19期）

报告题目：硅基片上可集成二维光源材料研究

报告专家：别亚青  副教授    中山大学

报告时间：2025年04月29日（周二）11: 00

报告地点：理6栋302      邀请人：徐小志

报告内容：

随着芯片制造工艺复杂度的非线性增长，传统电互连技术在功耗控制与信号串扰方面遭遇物理极限。在此背景下，短程光互连因具备低功耗、高速率、片上/芯片间短距离信息高效传输的优势，成为解决上述瓶颈的潜在方案。其中，硅光结构由于与半导体工艺高度兼容且技术成熟，备受关注。然而，硅材料的非直接带隙特性限制了其作为光源的应用，促使人们开始探索异质集成互连的方法。在众多候选材料中，基于原子层厚度的二维材料凭借其在小尺寸、低损耗和阵列集成方面的独特优势，成为研究热点。考虑到硅对能量大于 1 eV 的光子具有较高吸收效应，片上集成的二维光源需在相应的红外波段具备优异的辐射特性。然而，能够满足此要求的二维材料体系十分有限。前期我们研究主要聚焦于二维碲化钼与黑磷材料，但由于其带边激子特性，发射光谱表现为典型的宽谱特征。尽管激子宽谱辐射可以支持波分复用，提升片上光互连的信息容量，但也带来了较高的功耗和模式耦合噪声等问题。相比之下，稳定的窄带光源由于能量集中在特定波长，具有更高的调制效率，更适用于低功耗的信息传输。稀土元素的内壳层电子跃迁具有室温下的窄线宽辐射特性，结合稀土离子的窄带辐射优势与范德华界面的易集成特性，提供了新的研究方向。基于此，我们近期开展了稀土二维氧氯化合物的研究，探讨了其在高密度活性发光中心和宽温度范围内的窄带辐射特性，并初步验证了其在片上集成光源器件中的应用潜力。

专家简介：

别亚青副教授本科毕业于北京师范大学物理学系，2013年毕业于北京大学物理学院凝聚态物理专业，随后在麻省理工物理系博后，2018年入职中山大学电子与信息工程学院，主要关注低维材料中的发光及光电响应现象表征、二维堆叠新材料结构表征、新型微纳光电器件混合集成及相关器件在光互联、光电逻辑运算、高速光电探测方面的应用等。 以第一作者或通讯作者发表Nature Nanotechnology, Nature Communications, Advanced Materials等多篇高水平论文。