激子是半導體中最基本的準粒子之一，是發展高效率光電器件和量子技術的核心。在傳統三維半導體中，激子束縛能通常較弱，極大地限制了其在室溫激子器件及量子科技應用中的發展。β-ZnTe(en)0.5是一種長程有序且穩定的三維有機—無機雜化半導體，該材料可能具有巨大的激子束縛能。
最近，中國科學院半導體研究所研究員譚平恒團隊與合作者，利用一種結合單光子熒光與雙光子熒光激發光譜的聯合測量方法，成功估算了β-ZnTe(en)0.5的激子束縛能。該方法利用了單光子躍遷與雙光子躍遷遵循不同選擇定則的特性：單光子過程只能探測具有偶宇稱的激子態（如1s基態），而雙光子過程則可以探測具有奇宇稱的激子態（如2p激發態）。通過精確測量1s態與2p態之間的能量差，并基于二維類氫模型進行分析，即可估算所測半導體材料的激子束縛能下限。
研究團隊依托自主設計研發的共聚焦顯微拉曼模塊，在室溫下清晰地觀測到了β-ZnTe(en)0.5樣品位于3.56eV的激子基態（1s）發光，并在雙光子激發譜中發現了對應于激子激發態（2p）的共振吸收峰，二者能量差高達280meV。基于此，計算得出的激子束縛能超過315meV。該值是傳統體相ZnTe半導體（約13meV）的二十余倍，也是目前已報道的三維半導體材料中的最高值，甚至可與典型的二維半導體相媲美。
該三維雜化材料中巨大的激子束縛能，源于其獨特的“三維框架、二維內核”的超晶格結構。其中，有機分子層不僅作為無機ZnTe片層之間的間隔物，構建了穩固的三維結構，更充當了電子限域的勢壘和介電屏蔽的調制層，從而極大地增強了電子與空穴之間的庫侖相互作用，賦予了該三維材料類似二維材料的強激子效應。
相關研究成果發表在《美國化學會志》（Journal of the American Chemical Society）上。
論文鏈接
三維有機無機雜化半導體激子特性研究取得進展
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