在溶液法制备的WSe2薄膜中通过光光学手段减轻边缘缺陷，以实现高效的光学调制

《Nature Communications》：Opto-optical edge defect mitigation in solution-processed WSe2 thin films for high-efficiency optical modulation

　　

摘要

二维光学调制器通常由于缺陷引起的损耗和光与物质的相互作用强度而效率较低。在这里，我们发现通过溶液法制备的WSe₂纳米片中的边缘缺陷（这些缺陷由边缘处的金属1T态区域和内部的半导体2H态区域形成）可以通过载流子陷阱的填充来实现动态饱和。通过调节纳米片的横向尺寸并施加光或电激发，缺陷态逐渐被饱和，从而减少了非辐射复合现象并重塑了薄膜内的载流子分布。这一过程增强了材料的本征激子响应，表现为光致发光峰调制效率的提高：电光调制效率为0.025 eV·V^?1，光光调制效率为0.1 eV·mW^?1。更重要的是，载流子的重新分布和陷阱填充通过缺陷态的调制以及自由载流子（类德鲁德）效应改变了材料的复折射率（Δn + iΔk）。当将这些WSe₂薄膜与绝缘体上的锂铌酸盐微环谐振器集成时，可以实现C波段（1530–1565 nm）的高效调制，其调谐效率达到1.84 × 10^?5 pm^?1·mW·m²。时间分辨测量进一步证实了其快速响应特性：响应时间约为48.1 ns（上升），79.4 ns（下降），并且可以持续工作200 ns（频率约为5 MHz），这超越了以往的二维光学调制器。因此，通过工程调控缺陷成为实现高性能光子集成的可行途径。