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二维异质结构中界面电荷转移的光学冷却

 2026/6/29 14:24:44 《最新论文》 作者:科学网 小柯机器人 我有话说(0人评论) 字体大小:+

近日,南京大学徐伟高团队报道了二维异质结构中界面电荷转移的光学冷却。该研究于2026年6月24日发表在《自然》杂志上。

光学制冷,即固体的激光冷却,为量子和电子系统的温度控制提供了一条无需低温制冷剂的途径。现有进展依赖于声子辅助的上转换光致发光方法,该方法仍受到严格的材料和激发条件限制。

研究组展示了另一种不同的途径——界面电荷转移驱动的光学冷却,在二维半导体异质结构中实现。WSe2中光激发载流子穿越II型结进入MSe2或WS2,通过声子辅助的界面电荷转移过程,以非辐射方式提取晶格能量。拉曼和光致发光测量显示WSe2层中具有显著的低温特征,瞬态吸收光谱确定了声子辅助、势垒激活的层间电荷转移过程。

分子动力学模拟显示存在显著的界面热阻,维持了温度梯度。这种势垒介导的声子提取方式绕过了对近单位量子效率或共振激发的要求,为量子、光电子和纳米尺度系统中的无低温制冷剂冷却和热管理提供了一种有前景的策略。

附:英文原文

Title: Optical cooling by interfacial charge transfer in 2D heterostructures

Author: Lin, Jiamin, Xiang, Baixu, Liu, Renguang, Ling, Jinyang, Wang, Gang, Zhang, Le, Li, Li, Li, Hua, Zhang, Dongxu, Duan, Zhexing, Zhang, Qi, Wan, Changjin, Wang, Wei, Wang, Xingzhi, Lin, Junhao, Gao, Huajian, Xiong, Qihua, Xu, Weigao

Issue&Volume: 2026-06-24

Abstract: Optical refrigeration, or laser cooling of solids1, offers a cryogen-free route to temperature control for quantum and electronic systems. Existing progress2,3,4,5,6,7,8 relies on a phonon-assisted up-conversion photoluminescence approach, which remains constrained by stringent material and excitation requirements. Here we demonstrate a distinct route, interfacial-charge-transfer-driven optical cooling, in two-dimensional semiconductor heterostructures. Photo-excited carriers in WSe2 cross a type-II junction into MoSe2 or WS2, extracting lattice energy nonradiatively—through a phonon-assisted interfacial charge transfer process. Raman and photoluminescence measurements show prominent low-temperature signatures in the WSe2 layer, with transient absorption spectroscopy identifying a phonon-assisted, barrier-activated interlayer charge transfer. Molecular dynamics simulations show a prominent interfacial thermal resistance sustaining the temperature gradient. This barrier-mediated phonon extraction bypasses the need for near-unity quantum efficiency or resonant excitation, offering a promising strategy for cryogen-free refrigeration and thermal management in quantum, optoelectronic and nanoscale systems.

DOI: 10.1038/s41586-026-10662-w

Source: https://www.nature.com/articles/s41586-026-10662-w

期刊信息

Nature:《自然》,创刊于1869年。隶属于施普林格·自然出版集团,最新IF:69.504

官方网址:http://www.nature.com/

投稿链接:http://www.nature.com/authors/submit_manuscript.html

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