2026年4月14日——由韩国基础科学研究院多维碳材料中心主任PARK Kyoung-Duck教授和副主任SUH Yung Doug领导的联合研究团队，成功实现了一种在室温下仍能发射强光的高效量子光源。这项突破解决了二维半导体（原子级薄材料，通常比人类头发薄约10万倍）长期存在的局限性，此前这类材料需要低温环境或复杂的电门控结构才能实现高效发光。

研究的核心在于激子——当半导体中电子与“空穴”（带正电的电子空缺状态）结合时形成的发光准粒子。在二维半导体中，激子尤为重要，因为它们可以实现超薄高效的光学器件。但存在一个主要问题：室温下激子极易扩散，难以从精确位置产生强光。

近年来，局域化激子（被限制在纳米尺度区域的激子）日益受到关注。形象地说，如同平面上自由滚动的球与碗中静止的球。局域化激子一旦被束缚，就能更稳定地发光且波长更可控，是理想量子光源的候选者。

但室温环境带来挑战：随着热能增加，激子会逃离束缚区域，就像球可能弹出浅碗。同时，材料中残留的多余电荷会与激子相互作用或耗散其能量，导致系统以热能而非光能形式损失能量。因此，二维半导体中局域化激子的发光效率在常温下通常低于1%。

为突破这一限制，该团队在单层二硫化钼（代表性二维半导体）下方设计了500纳米级孔洞结构。这种纳米孔如同微型碗，能将激子自然汇聚至中心并束缚在微小区域。模拟显示，约98%的激子被汇聚至中心形成局域化激子态，表明纳米尺度区域内的高效束缚。

研究人员还解决了另一个能量损耗源——材料中的多余电子。在将二硫化钼转移至金基底时，界面会自然形成残余水分子层。该水层作为介电屏障阻碍电荷转移，导致多余电子滞留于半导体中降低发光效率。通过热退火工艺去除水层后，电子得以从二硫化钼流入金基底，有效中和材料并大幅抑制非辐射能量损失。

最终，该系统在常温下实现了强局域化激子发光，光致发光量子产率较退火前提升约130倍。纳米孔区域的量子产率从0.076%（基本无法使用）升至约10%（清晰可见的强光），远超室温下原始单层二硫化钼的典型值。

通过量子限制效应将发光激子态束缚在极小区域内，该研究为大面积稳定强量子发射提供了可行方案。

这项成果的重要意义在于，它表明二维半导体量子发射器在保持原子级薄材料优势的同时，其亮度与稳定性可接近QLED显示中的量子点。该工作还提示了更先进器件的开发路径：通过缩小纳米结构并优化光激发条件，有望实现室温高效单光子发射——这一直是极具挑战性的目标。

PARK Kyoung-Duck教授表示：“本研究的核心突破是通过将发光粒子汇聚并束缚于纳米级单点，实现了室温强光量子光源。该结构将成为未来多种光子与量子器件的基础。”

团队还展示了局域化激子发光的动态可逆调控。利用原子力显微镜尖端施加千兆帕级压力，可调制纳米孔应变从而调控激子行为。退火样品中局域化激子发光强度提升约120%，压力释放后效应消失，表明该过程完全可逆。

IBS副主任SUH Yung Doug指出：“这项工作的关键在于，我们通过精确控制二维半导体中光的产生与损耗机制，显著提升了性能。该技术可能成为未来室温单光子源的重要转折点。”

该研究的另一重要价值在于实际可扩展性。以往实现高效局域化激子发射的方案多依赖复杂电学结构或低温环境，难以实际应用。相比之下，本方法仅需纳米结构与热处理相结合，且与现有半导体晶圆级加工工艺兼容，为量子通信、量子计算及下一代纳米LED等领域的可扩展集成量子光源技术开辟了道路。

除上述应用外，该平台还有望用于高效纳米光源、可调光电器件及未来纳米光子技术。更广泛而言，该研究提供了低维材料中激子调控的新策略：通过空间束缚激子与中和多余电荷的双重作用，即使在常温下也能实现稳定的强量子发射。

本研究成果发表于《科学进展》。