基于以上研究背景，北京大学材料科学与工程学院张青课题组研究了InSe室温近红外激射行为，揭示了激子-激子散射诱导的增益机制，探究了静水压调控近红外区荧光激射性质。相关研究成果发表在ACS Nano. 2022, 16, 1477-1485，题为“Room-temperature Near-infrared Excitonic Lasing from Mechanically Exfoliated InSe Microflake”，和Nano Letters. 2022, 22, 3840-3847，题为“Engineering Near-Infrared Light Emission in Mechanically Exfoliated InSe Platelets through Hydrostatic Pressure for Multicolor Microlasing”，第一单位均为北京大学材料科学与工程学院。
利用机械剥离的InSe微米薄片，张青课题组首先展示了室温近红外微纳激光，其净光学增益达到1029cm−1（ACS Nano. 2022, 16, 1477-1485）。基于温度、功率依赖荧光光谱，发现激子-激子散射是InSe微纳激光的增益来源。此外，他们结合激光直写技术加工出InSe微盘腔，激光阈值下降超过60%。以上结果为未来开发低功耗的片上近红外激光源提供了新的思路。该工作第一作者为材料科学与工程学院2021级普博生李淳。该工作还得到了北京大学高宇南研究员、武汉大学曹强研究员、中科院半导体所魏钟鸣研究员和张俊研究员的帮助。
（a）机械剥离InSe薄片的激射光谱。插图分别为InSe薄片光学图像和激子-激子散射示意图；（b）InSe纳米片发光的焦平面成像（强度归一化），白色虚线对应强度曲线显示面外激子发光占比达97%
进一步，张青课题组与魏钟鸣和西南大学汪敏副教授课题组合作，利用金刚石对顶砧对InSe自发辐射和荧光激射实现了宽谱静水压调控，两者的调控范围可达185nm和111nm（Nano Letters. 2022. 22, 3840-3847）。基于第一性原理计算，揭示了InSe的压致波长蓝移主要来自于面内In-Se键的压缩。此外，InSe在静水压作用下的自发辐射强度演变可分为三个阶段：（1）小于1.3 GPa时，荧光强度由于压力诱导晶格畸变而降低；（2）1.3-4.7 GPa时，激子结合能增加，荧光强度逐渐恢复；（3）大于4.7 GPa时，由于直接-间接带隙转变，荧光强度下降直至淬灭。该工作为近红外波长可调光学和光电器件提供了新的思路。第一作者为材料科学与工程学院2018级普博生赵丽云和2019级直博生梁印。此工作还得到了中科院半导体所张俊研究员和国家纳米科学中心刘新风研究员的帮助。
（a）静水压调控机械剥离二维InSe薄片发光示意图;（b）PL光谱随压力变化的2D彩色图像
此系列工作得到国家自然科学基金、国家重点研发计划、北京市自然科学基金等项目的经费支持。
来源：北京大学新闻网