中国半导体十大研究进展候选推荐（2020-007）——莫特相变前二维材料中新的光学增益机制
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工作简介
半导体中激子以及与其相关的各种复合体之间的相互转化过程不仅是凝聚态物理的核心问题，也是半导体发光器件的物理基础。传统半导体需经历莫特相变后处于电子-空穴等离子体态才能提供光学增益，通常载流子密度须达到1012-1013/cm2，因而需要极高外界泵浦注入，是造成半导体激光高阈值的主要原因之一，严重限制了其在未来低功耗集成中的应用。因此，探索极低泵浦条件下的增益机制成为高能效光电子器件领域研究的焦点。近年来，二维半导体材料凭借其独特的光电学特性引起了各个领域的广泛关注，特别是室温下巨大的激子结合能比传统半导体高100倍，因而对系统研究莫特相变及相关的光学增益提供了前所未有的契机。
清华大学宁存政教授的研究团队通过在栅压调控的二维材料中系统地研究材料中激子和相关复合体的基础物理问题，在极低泵浦功率密度下首次证实了一种新型光学增益机制的存在，其增益阈值比传统半导体材料（如GaAs、InP）低5个数量级，并解释了这一光学增益本质上来源于三子--- 一种由激子和额外的电子或空穴组成的准粒子。这一新型增益机制的发现为基于二维材料的低功耗光电子器件---如片上光放大器和纳米激光器奠定了重要的物理基础。这一研究在硅基集成方面也具有重要意义，硅基光源的实现一直是硅基光子学领域研究的热门，二维材料与硅的异质集成进而实现纳米激光器，为这一问题提供了可能的解决方案。
栅压调控二维材料中的三子光学增益示意图
相关成果于2020年3月10日以“Excitonic Complexes and Optical Gain in Two-Dimensional Molybdenum Ditelluride Well below the Mott Transition”为题在线发表在Light: Science & Applications上。清华大学孙皓副研究员和博士生王震为论文共同第一作者，宁存政教授为通讯作者。
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主要作者简介
宁存政教授长期从事纳米光子学及半导体光电子学物理及器件方面的理论及实验方面的研究工作，研究领域涉及纳米半导体的物理及光学过程，多体相互作用，器件物理，及器件应用等方面的理论和实验研究。在半导体光电子等研究领域，特别是纳米激光及纳米线光电材料方面，作出了一系列重大发现、发明及开拓性贡献，是国际上公认的纳米半导体激光领域开拓者之一。
迄今在Nature Reviews Materials, Nature Nanotechnology, Nature Photonics, Light: Science & Applications, Advanced Materials, Nano Letters, ACS Nano, Phy. Rev. Lett.等顶级期刊发表论文190余篇，引用8000余次，H 因子 49 (Google Scholar)，在国际学术机构及大会上做邀请报告 220 多次。1993年他与H. Haken教授等一起发现随机系统的“相干共振现象”，该现象已在几十个学科领域得到实验验证，该文迄今引用800余次。此外，另有几项物理现象和理论以他的名字命名，如 Ning-Haken 几何位相理论或方法，或 Landsberg-Ning-Haken 表述等。
现任OSA和中国激光杂志社共同主办的Photonics Research 的副主编。曾担任IEEE量子电子学杂志的副编辑(Associate Editor)，美国光学杂志(JOSA-B)及光学快讯的特邀编辑。他是IEEE，OSA和国际电磁科学院会士，及美国国家发明家科学院成员。2006-2009年间，他曾获得IEEE光子学会杰出讲师奖。2015年因白光激光的发明获美国著名科技杂志《Popular Science》年度十大工程类发明奖。2017年因室温二维材料纳米激光的研制入选中国光学十大进展-基础研究类。
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原文传递
详情请点击论文链接: https://www.nature.com/articles/s41377-020-0278-z
《半导体学报》简介：
《半导体学报》是中国科学院主管、中国电子学会和中国科学院半导体研究所主办的学术刊物，1980年创刊，首任主编是王守武院士，黄昆先生撰写了创刊号首篇论文，2009年改为全英文月刊Journal of Semiconductors（简称JOS），同年开始与IOPP英国物理学会出版社合作向全球发行。现任主编是中科院副院长、国科大校长李树深院士。
2016年，JOS被ESCI收录。
2019年，JOS入选“中国科技期刊卓越行动计划”。
“中国半导体十大研究进展”推荐与评选工作简介：
《半导体学报》在创刊四十年之际，启动实施 “中国半导体年度十大研究进展”的推荐和评选工作，记录我国半导体科学与技术研究领域的标志性成果。以我国科研院所、高校和企业等机构为第一署名单位，本年度公开发表的半导体领域研究成果均可参与评选。请推荐人或自荐人将研究成果的PDF文件发送至《半导体学报》电子邮箱：jos@semi.ac.cn，并附简要推荐理由。被推荐人须提供500字左右工作简介，阐述研究成果的学术价值和应用前景。年度十大研究进展将由评审专家委员会从候选推荐成果中投票产生，并于下一年度春节前公布。
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