我们如何才能制造出像蜘蛛侠套装一样轻薄柔软又具备各种电学和光学功能的可穿戴设备?答案在于生产远远超越现有材料性能的新型材料，并开发能够精确控制此类材料物理特性的技术。
将过渡金属二硫化物 (TMD) 分离成单层，就像石墨烯一样，使其转变成具有高性能半导体特性的薄二维 (2D) 薄膜材料。通过堆叠两个不同的 TMD 层，TMD 类型和堆叠方法的不同组合可以产生独特的特性。出于这个原因，基于异质结构的二维半导体作为电子工业的重要下一代材料正在受到全世界学术界和工业界的关注。然而，由于难以精确控制其准粒子的物理性质，将它们商业化仍然非常具有挑战性。
POSTECH 物理系的 Kyoung-Duck Park 教授、Yeonjeong Koo 和 Hyeongwoo Lee 与俄罗斯 ITMO 大学 Vasily Kravtsov 教授领导的团队进行了联合研究，开发了一种多功能尖端增强光谱，可以动态控制准粒子小空间中的二维材料。该团队通过使用大约 20nm 水平的光谱，成功地控制了半导体粒子，例如在 TMD 异质双层中形成的层间激子和层间三重离子。
与激子一样，TMD 异质双层的层间激子表现出光致发光 (PL)，这是半导体材料的特性之一。层间激子是电中性准粒子，可用于下一代半导体器件，因为它们部分是光，部分是物质，因此热量较少。由于它们的相干时间比激子长，它们还可以用作量子信息技术的光源。尽管如此，在它们的应用中仍有几个障碍需要克服。它们在室温下的发光效率很低，而且很难调制它们的光能。
Park教授领导的POSTECH团队在之前的研究中提出了在纳米尺度空间控制激子的技术，成功开发出可通过千兆帕(GPa)尺度压力和近场强度进行调节的多功能尖端增强光谱.
光谱可以将层间激子的发光效率提高约 9,000 倍，并动态调制其发光能量(光的颜色)。此外，基于尖端的热电子 注入技术使该团队实现了世界上第一个层间激子和层间三重子之间准粒子转换的动态控制。
该研究突破的最显着优势在于有助于在常温常压条件下动态控制准粒子的物理特性，实时分析半导体粒子的光学特性，空间分辨率约为20nm，远小于光的波长。
该研究论文的两位共同第一作者之一 Yeonjeong Koo 解释说：“该团队开发的光谱学可用于识别单个半导体粒子的新物理特性，例如来自 TMD 异质双层的层间激子。我非常期待下一个物理发现。”
研究结果有望为基于异质结构的二维半导体的各种应用开辟可能性，这些异质结构正在作为下一代材料得到广泛研究。测量仪器开发的基础研究对成果的贡献很大，这一事实在该领域引起了更多关注。
该技术还有望用于开发高亮度、超薄的可穿戴光电设备。在当前美日中三国争夺半导体设备市场霸主地位、设置技术壁垒的情况下，这一成绩显得更加有意义。
这项研究最近发表在国际光学期刊Light: Science & Applications上，得到了科学和信息通信技术部、韩国国家研究基金会和三星科学技术基金会的支持。
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