原标题：我院超快光谱学团队在激子极化激元弛豫机制研究中取得重要进展
近日，北京量子信息科学研究院（以下简称“量子院”）超快光谱学团队在单层WS2微腔激子极化激元弛豫机制研究中取得重要进展，揭示了温度、激发功率和腔失谐对极化激元弛豫的协同调控作用，为理解二维TMDs微腔极化激元动力学及高性能器件设计提供了新思路。2026年3月17日，相关成果以“单层WS2微腔中激子极化激元弛豫的微观机制”（Microscopic Mechanisms of Exciton Polariton Relaxation in Monolayer WS2 Microcavities）为题，发表于《ACS 纳米》（ACS Nano）。
激子极化激元是半导体激子与微腔光子强耦合形成的光–物质杂化准粒子，在低阈值激光、超快光开关和非线性光学器件中具有重要应用潜力。过渡金属硫族化合物（TMDs）因具有较大激子结合能、强振子强度和范德华异质集成优势，为室温极化激元器件提供了理想平台。然而，单层TMDs微腔中的极化激元凝聚、输运和非线性响应高度依赖其能量弛豫过程，尤其是非共振激发后极化激元能否有效弛豫至下极化激元能支（LPB）底部。目前，极化激元–声子散射、极化激元–极化激元相互作用等弛豫通道的相对贡献及其对温度、激发功率和腔失谐的依赖关系仍需系统阐明。
研究团队对两种不同腔失谐（Δ = -20 meV与Δ = -92 meV）的样品进行了温度依赖的动量空间PL测量。结果表明，LPB上最大PL强度位置随温度降低呈现由低能区向高能区再回到低能区的非单调演化，其转折温度随腔失谐增大而降低。这种非单调弛豫行为可归因于热激活声子散射与极化激元–极化激元相互作用的竞争。极化激元总弛豫速率由声子辅助散射和相互作用辅助散射共同贡献。由于极化激元寿命有限，实际决定弛豫效率的是相对于衰减速率的有效弛豫速率。高温下，热声子布居较高，声子散射主导极化激元向低能态弛豫；随着温度降低，声子散射逐渐减弱，极化激元间相互作用的贡献不断增强。研究团队进一步采用包含声子辅助弛豫项与极化激元相互作用项的驱动–耗散Gross–Pitaevskii模型进行数值模拟，成功再现了LPB上最大PL强度位置呈现“低能—高能—低能”的转移趋势。研究团队进一步考察了激发功率对极化激元能量分布的调控作用，发现室温下提高激发功率可促进极化激元向低能态弛豫；而低温下增加功率会使极化激元由低能态向高能态重新分布，表明相互作用介导的弛豫通道趋于饱和。该工作为理解和调控二维TMDs微腔中的极化激元弛豫过程提供了重要物理图像，也为高性能极化激元器件设计提供了机制参考。
该论文第一作者为量子院博士生安志媛和博士后田玲钰，通讯作者为量子院兼聘/清华大学熊启华教授、量子院兼聘/香港中文大学（深圳）Sanjib Ghosh助理教授，以及武汉大学王自昱教授。论文合作者还包括量子院助理研究员许华文，清华大学博士生王毓彬、项白絮及文桂晗。该工作得到量子科学与技术国家科技重大专项、国家重点研发计划、国家自然科学基金、中国博士后科学基金及新基石科学基金会等的支持。