图 界面电荷转移驱动的光学制冷策略与不同耦合状态二维半导体异质结中的反常低温拉曼光谱特征

　　在国家自然科学基金项目（批准号：22333004、223B2304、22203042、22173044）等资助下，南京大学徐伟高教授与清华大学熊启华教授、高华健教授团队合作在二维半导体光学制冷研究方面取得新进展。研究成果以“二维异质结中界面电荷转移驱动的光学制冷（Optical cooling by interfacial charge transfer in 2D heterostructures）”为题，于2026年6月24日在线发表于《自然》（Nature）杂志上。论文链接：https://www.nature.com/articles/s41586-026-10662-w。

　　固体激光制冷技术为微纳光电子系统研制提供了一条富有广阔前景的控温途径。自1929年固体激光制冷提出以来，主流的制冷机制主要依靠声子辅助的上转换荧光过程，即通过辐射更高能量光子实现热量提取。然而，该机制要求固体材料具有接近1的荧光外量子效率和极低的杂质寄生吸收，大大限制了二维半导体光学制冷的实现。

　　上述研究团队提出了一种新型非辐射热提取路径，即利用声子辅助界面电荷转移以实现光学制冷。团队通过精准控制层间距与层间转角，构筑了居间耦合状态的二维半导体异质结。通过调控异质结的界面耦合状态，一方面保持光激发下高电荷转移效率，另一方面引入动量失配条件，实现电子给体组分中的晶格声子能量提取。低频拉曼光谱测温结果显示，电子给体组分呈现出显著净制冷效应，其亚纳米尺度上展现的巨大层间温度梯度与分子动力学模拟十分吻合。同时，利用界面处的巨大热阻有效阻断热量回流，实现单向热流。进一步开展的变温瞬态吸收光谱呈现出电荷转移时间的温度依赖特征，证实了声子辅助的跨层界面电荷转移机制。

　　相比于主流的上转换荧光机制，这种由界面电荷转移驱动的光学制冷机制绕开了材料高量子效率要求和精确调谐激发限制，成功将热能提取拓展至非辐射路径。