原子级

二维量子极限下原子级薄有机半导体中的激子超传输

摘要 相干激子的长距离快速传输对于高速激子电路和量子计算应用的开发具有重要意义。然而，由于材料中原生状态下的激子传输存在较大的非均匀展宽和失相效应，因此大多数相干激子仅在某些低维半导体与腔耦合时才能观察到。在这里，通过将相干激子限制在二维量子极限，我们首次在原子级厚度的二维 (2D) 有机半导体中观察到分子聚集引起的相干态间激子的“超传输”，测得的高有效激子扩散系数在室温下约为 346.9 cm 2 /s。这个值比其他有机分子聚集体和低维无机材料的值高出一个到几个数量级。单层并五苯样品是一种非常干净的二维量子系统（厚度约 1.2 纳米），具有高结晶性（J 型聚集）和最小的界面态，在未与任何光学腔耦合的情况下，表现出来自 Frenkel 激子的超辐射发射，这通过温度相关的光致发光 (PL) 发射、高度增强的辐射衰减率、显著缩小的 PL 峰宽和强方向性平面内发射得到了实验证实。观察到单层并五苯样品中的相干性在 ~135 个分子上非局域化，这明显大于在其他有机薄膜中观察到的值（几个分子）。此外，单层并五苯样品中激子的超传输表现出高度的各向异性行为。我们的研究结果为未来高速激子电路、快速 OLED 和其他光电器件的开发铺平了道路。