近日，中国科学院苏州纳米所研究员张凯、项目研究员王俊勇团队在偏振可调谐中红外发光器件领域取得重要进展。他们提出了一种基于窄带隙二维半导体的创新设计方案，利用其特殊能带结构中的“带边外尔节点”实现发光偏振态的动态调控，为下一代中红外光电器件开发提供了全新路径。
中红外波段(波长约2-20微米)在分子传感、热成像、自由空间通信及红外对抗等领域具有重要应用价值。传统中红外发光器件通常面临发光效率低、偏振态固定难以调节等问题，限制了其在集成光子学和动态光电系统中的应用。如何实现中红外发光偏振态的动态、连续调控，一直是该领域的挑战之一。
研究团队将目光投向具有特殊能带结构的窄带隙二维半导体材料。这类材料在能带边缘存在一种被称为“外尔节点”的奇异点，在这一点上，发光偏振态对载流子的占据状态极其敏感，任何微小的能量或动量偏移都会导致偏振态的变化，这为实现动态调控提供了物理基础。基于此，研究团队设计并制备了新型发光器件，通过外部电场或载流子注入等方式，可以实现对材料能带的连续调控，从而动态改变发光偏振状态。
与传统的各向异性材料依赖晶格取向固定偏振不同，这种基于能带工程的方法允许在同一个器件中实现偏振态的连续、可逆调节，且调控速度更快、能耗更低。
该研究首次实验演示了基于“带边外尔节点偏振奇点”的动态可调偏振光源，为探索外尔点附近的光与物质相互作用及中红外拓扑光电子器件开辟了新的技术路径。业内专家认为，这项研究在基础物理与器件应用之间架起了桥梁，为二维材料光电特性的深度开发提供了范例，有望推动中红外光子技术向动态化、智能化方向发展。
相关研究成果Dynamically tunable polarized mid-infrared light-emitting diodes from polarization singularities in a band-edge Weyl node于近日发表于《自然-通讯》(nature communications)。
参考来源：中国科学院苏州纳米所
