近年来，二维WS₂/MoS₂双层范德华异质结因其Type-II能带对齐方式，表现出卓越的光子捕获能力及层间激子发光性质，被广泛应用于太阳能电池、发光二极管、LED、光电传感等新型纳米光电器件。然而，相比于传统硅基器件，基于双层范德华异质结器件的量子效率仍缺乏竞争力。研究人员在异质结界面中插入hBN绝缘层，以降低器件暗电流，提升器件性能。但是，所插入单层hBN薄膜对WS₂/MoS₂异质结光学性质调控的实验研究和物理机制分析，目前仍不充分。因此，系统地探究WS₂/hBN/MoS₂异质结的激子和电子能带结构，以及在此过程中单层hBN薄膜层间耦合调控机制十分重要，这将为相应器件性能的进一步提升奠定物理基础。

本项目研究主要采用椭圆偏振光谱测量技术（Spectroscopic Ellipsometry，即SE），使用SE得到了WS₂/MoS₂和WS₂/hBN/MoS₂异质结的光学常数、介电函数、吸收系数等信息，基于光学常数谱，采用标准临界点模型和洛伦兹模型等，对异质结薄膜的带间跃迁和激子性质进行了创新性研究分析。

研究发现：单层hBN插入后，WS₂/hBN/MoS₂异质结中仍存在层间电荷转移，说明单层hBN不足以阻断原异质结的层间耦合作用。与此同时，相比WS₂/MoS₂，WS₂/hBN/MoS₂带边附近的临界点跃迁能量基本没有变化，即准粒子带隙基本保持稳定，这是由于hBN插入引起量子限制作用释放和介电屏蔽作用削弱相互抵消的结果。而薄膜的激子性质主要受介电屏蔽作用的调制，单层hBN插入后，介电屏蔽作用减弱，导致WS₂/hBN/MoS₂异质结激子束缚能蓝移。稳定的准粒子带隙和蓝移的激子束缚能，使得激子跃迁能量红移。

图1 WS₂/hBN/MoS₂异质结（a）堆叠方式和（b）能带结构示意图。（c）Raman测试结果。

图2 1L-MoS₂，1L-WS₂，WS₂/MoS₂和WS₂/hBN/MoS₂异质结PL测试结果。

图3 (a) 准粒子带隙与激子束缚能、激子跃迁能量的关系，(b) 临界点跃迁能量，（c-d）激子跃迁能量和束缚能。

论文全文：Xudan Zhu, Junbo He, Rongjun Zhang^*, Chunxiao Cong^*, Yuxiang Zheng, Hao Zhang, Songyou Wang, Haibin Zhao, Meiping Zhu, Shanwen Zhang, Shaojuan Li & Liangyao Chen. Effects of interlayer coupling on the excitons and electronic structures of WS₂/hBN/MoS₂ van der Waals heterostructures.

Nano Research https://doi.org/10.1007/s12274-021-3774-4