二維（2D）范德華材料是一大類具有多種電子性質的材料，這種多樣性能夠互相結合組成具有新特性和潛在應用的異質結構。以前大部分研究都集中在用機械剝離層制造的異質結構上，這些層的橫向尺寸為幾微米見方，厚度不均勻，這在制造具有足夠重現(xiàn)性的超晶格結構以實現(xiàn)所需的光子或電子色散提出了實質性的挑戰(zhàn)。對于光子應用而言，二維材料的單分子層是不理想的，盡管有共振光學響應，由于厚度小于1 nm、與光的相互作用較弱。Mo、W、Re等半導體過渡金屬二鹵化物（TMDC）是范德華材料的一個子類，由于過渡金屬與硫族元素的強面內鍵合，具有大而復雜的折射率。TMDC的低介電屏蔽和高度受限激子波函數導致激子結合能約為500？meV。為了設計TMDC與光的強相互作用，并保持其單層形式的關鍵優(yōu)勢，有必要在一維結構中構建具有單層重復單元的超材料或超晶格結構。

　　在美國陸軍研究實驗室等資助下，美國賓夕法尼亞州立大學、加州大學洛杉磯分校、空軍研究實驗室、布魯克海文國家實驗室和、戴頓大學和英國愛思強（AIXTRON）公司的研究人員合作，開發(fā)了一種制造高光發(fā)射原子級薄超晶格或半導體薄膜的新方法。研究人員制作了一個由鎢和硫組成的五個原子厚的超晶格，可直接在晶片上生長，然后再溶解基板，使得晶格可以轉移到任何所需的材料上。這種超晶格設計不僅非常薄、重量輕且具有成本效益，而且還可以發(fā)光，并且可以通過操縱超晶格的形狀，從而間接控制其發(fā)出的光。

　　該研究從實驗上實現(xiàn)了超材料或超晶格的統(tǒng)一吸收（near-unity absorption），同時保持單層TMDC的增強光致發(fā)光發(fā)射和光電特性。超晶格的規(guī)模為平方厘米，由金屬有機化學氣相沉積（MOCVD）生長的TMDC（MoS2和WS2）的重復單元以及堆疊在金背反射器上的絕緣間隔物（h-BN和Al2O3）組成（圖1a）。當光以大于45°的入射角耦合到超晶格中時，超晶格中出現(xiàn)了強耦合激子極化。此外，通過改變超晶格及其單元的幾何參數，可以觀察到激子-極化子色散和耦合強度都是可調控的。這種組裝過程既通用又簡單，由于沒有微加工限制，因此在材料選擇方面具有極大的靈活性。因此，它可以被擴展，以允許幾個不同的二維硫屬化合物和間隔層的集成。由此產生的方法為電子、光電和光子應用開辟了一個人工設計、可擴展的范德華超晶格的廣闊領域。

　　該研究成果發(fā)表在《Nature Nanotechnology》,2021,題目“Light–matter coupling in large-area van der Waals superlattices”。