2021年7月1日，北京量子信息科学研究院量子物态科学研究部超快光谱团队负责人、兼聘研究员、清华大学熊启华教授和合作者在《自然-材料》上发表了关于钙钛矿激子极化激元领域的观点（Perspective）文章，对钙钛矿激子极化激元领域的快速发展进行了讨论与展望。

1951年，我国著名科学家和教育家黄昆先生在英国工作期间提出声子极化激元的经典理论，极大的促进了各类极化激元概念和理论的建立及实验方面的进展。极化激元的本质是由固体中的元激发与光子在强耦合作用下形成的杂化准粒子，有声子极化激元、激子极化激元、表面等离极化激元等不同的类型。在半导体材料中，激子作为一种典型的元激发可与光子强耦合形成半光子半物质的相干叠加态——激子极化激元。激子极化激元同时继承了激子和光的属性，如极低有效质量、较强非线性效应、高速传播以及对外场调控的敏感性等，是连接凝聚态体系和纯光子体系的重要桥梁，不仅在研究非平衡态玻色爱因斯坦凝聚、超流、孤子、涡旋等基础物理现象中扮演重要角色，而且在构筑新型片上集成光电器件，如低阈值相干光源、逻辑门、单光子源、发光二极管等方面展现了巨大的应用前景。

激子极化激元实验研究发端于上世纪60～70年代，研究体系主要是离子型的极性半导体材料如氯化亚铜、硫化镉、砷化镓等。然而体材料的激子-光子耦合效应较弱。自从1992年随着光学微腔的引入，砷化镓和碲化镉量子阱体系微腔激子极化激元体系逐渐受到越来越多的关注。基于先进的分子束外延技术，高品质微腔的制备成为可能，同时受到冷原子体系玻色-爱因斯坦凝聚实验的启发和推动，微腔激子极化激元的研究受到了前所未有的关注。2006年法国和瑞士科学家首次在碲化镉体系实现了5K左右的激子极化激元玻色-爱因斯坦凝聚和激射，2007年激子极化激元的非平衡态理论建立，如今微腔激子极化激元的研究已经成为一个成熟而活跃的前沿领域。然而受限于较低的激子结合能，早期砷化镓或者碲化镉体系仅能在液氦温度运行。在过去的20年中，激子极化激元领域的研究与发展正面向室温稳定工作的方向不断探索前行，如氮化镓及氧化锌体系、有机半导体等。最近，具有高激子结合能的新兴半导体体系，如卤素钙钛矿半导体展现出了巨大的前景。它结合了无机和有机半导体的优点，具有室温强激子效应、高缺陷容忍度、长程双极性载流子输运、多维度易调控、易制备的优势，为室温激子极化激元学的探索与研究提供了性能优异的体系。

熊启华等在观点（Perspective）文章中，对钙钛矿激子极化激元领域的快速发展进行了讨论与展望。文中首先介绍了钙钛矿半导体面向室温激子极化激元的优势，总结了室温钙钛矿激子极化激元及其凝聚体在多种光学微纳结构中的实验进展(图1)，并进一步对未来的发展主攻方向，如提高激子极化激元寿命与非线性、实现非经典量子光源、电致激子极化激元激光、拓扑激子极化激元及固态量子模拟等等进行了展望。该研究成果近日以题为“Perovskite semiconductors for room-temperature exciton-polaritonics”发表在Nature Materials上。

图1 钙钛矿半导体微腔激子极化激元凝聚的实现

文章的共同作者还包括意大利、法国、新加坡的合作者及国内厦门大学陈张海教授和北京大学张青教授。该工作得到了国家自然科学基金重点国际合作项目的支持。

文章链接：Perovskite semiconductors for room-temperature exciton-polaritonics （https://www.nature.com/articles/s41563-021-01035-x）