近日，我校物理学院徐小志教授团队王金焕特聘副研究员在二维材料缺陷工程领域取得重要进展。通过将机械剥离的单层二硒化钨（WSe₂）与c面蓝宝石衬底耦合，可以修复WSe₂中的Se空位缺陷，完全消除其低温光致发光光谱中的缺陷峰，实现本征激子辐射发光。相关研究成果于2025年9月15日，以“c面蓝宝石表面耦合消除单层二硒化钨中的缺陷态”（Eliminating defect states in monolayer tungsten diselenide by coupling with a c-plane sapphire surface）为题在线发表于《物理评论快报》（Physical Review Letters）杂志上，同时入选了Editors' suggestion。华南师范大学为本论文的共同通讯单位。

单层过渡金属硫族化合物是研究二维激子凝聚态物理与构筑新型光、电器件的重要体系。然而，即使在机械剥离并以六方氮化硼包裹的“洁净”样品中，浅能级缺陷仍难以避免，影响了本征激子物理的研究和二维光、电器件性能。传统的化学钝化或等离子体处理等方法虽能改善发光效率，但易引入新的结构损伤。

该研究发现，将单层WSe₂直接机械剥离在预退火处理过的c面蓝宝石上，可在低温光致发光光谱中彻底抑制缺陷峰，仅保留本征激子峰，同时激子的发光寿命、发光效率以及扩散系数较a面蓝宝石显著增加。进一步的实验表明，缺陷峰的抑制并非来自简单的电子杂化、表面声子或电子掺杂等效应。第一性原理计算发现，c面蓝宝石表面化学活性高，氧原子可自发迁移并填补WSe₂中的硒空位，从而消除了缺陷态。这种“温和”的界面化学修复方式既避免了剧烈物理化学处理对晶格的破坏，又能稳定提升二维材料的本征物理性质。

该成果为二维材料的缺陷工程提供了新思路，并有望推动高性能电子与光电子器件的发展。北京大学物理学院凝聚态物理与材料物理研究所黄琛博士、陈亦林博士，华南师范大学物理学院王金焕特聘副研究员为论文共同第一作者；刘开辉、洪浩、陈基、王金焕为论文共同通讯作者。研究工作得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划、广东省重大基础研究项目及新基石科学基金的资助。

论文链接：https://doi.org/10.1103/lswx-rxss   

图1︱单层WSe₂缺陷修复的光致发光光谱。a，蓝宝石上光致发光测量的示意图。b，室温下单层WSe₂在c面和a面蓝宝石衬底上的PL光谱。c，7 K时单层WSe₂在不同衬底上的光致发光光谱。在SiO₂/Si和a面蓝宝石衬底上，可观测到中性激子（X⁰）、带电激子（X*）及缺陷相关激子（Xᴰ）的光致发光峰。而c面蓝宝石上的单层WSe₂仅呈现单一、强烈且尖锐的X⁰峰。d，第一性原理计算机理计算氧原子从蓝宝石表面转移到单层WSe₂的硒空位时的总能量差。负值表示氧原子更倾向于转移到硒空位。