高被引科学家丨谭平恒：深耕碳纳米材料和半导体低维材料领域|低维材料|光谱|拉曼|激子|碳纳米材料|谭平恒

学者名片

谭平恒，中国科学院半导体研究所研究员，博士生导师，中国科学院大学岗位教授。科睿唯安“全球高被引科学家”，现任中国科学院半导体研究所所长、中国物理学会理事、中国物理学会光散射专业委员会主任委员、中国科学院大学学位评定委员会委员、中国物理学会秋季物理年会组委会委员、中国物理学会表面与界面物理专业委员会委员。

研究成果介绍

【背景介绍】：

中国科学院半导体研究所，常凯院士，谭平恒研究员及其合作者在Nano Letters上发表了CsPbBr3微线中激子极化激元的双腔调制研究。他们通过实验和数值模拟均证实了在具有等腰直角三角形截面的单根CsPbBr3微线中存在两种法布里-珀罗（Fabry−Pérot）微腔（一种是直线Fabry−Pérot微腔，另一种是折叠Fabry−Pérot微腔）；他们利用原位光致发光(ISPL)和空间分辨光致发光(SRPL)光谱证实了两种Fabry−Pérot微腔光子均可与激子强耦合形成激子极化激元。从偏振分辨光致发光光谱观察到与晶体各向异性相关的激子极化激元发射特性。他们结合光谱拟合和数值模拟得到极化激元腔模发射的品质因子Q，指出由于腔损耗和介电损耗之间的竞争，会有一个腔模品质因子优化的波长范围。同时，他们根据偏振分辨光致发光谱的二阶导数谱发现单个CsPbBr3微线中激子极化激元的腔模发射存在双腔调制现象。他们指出双腔调制机制与双腔的腔长比和优化的波长范围有关。

【图文导读】：

激子极化激元是激子和受限光子强耦合后形成一种半光半物质的玻色准粒子。由于具有类光子的轻有效质量，因而激子极化激元可在更高的温度下实现玻色-爱因斯坦凝聚；同时，它们的类激子特性会引起极化激元间相互作用，这使人们能够观测到极化激元系统中的超流和参量振荡等物理现象。近几年，卤化物钙钛矿由于其具有大激子结合能和高振子强度等优异的性能，已成为研究激子极化激元最有应用前途的候选材料之一。例如，室温下在CsPbBr3微腔中实现了激子极化激元的玻色-爱因斯坦凝聚，长相干性的极化激元流体和全光开关等。此外，人们不断对新腔体激子极化激元进行探索，希望以此拓宽激子极化激元的应用领域。尽管各种自构型微腔极化激元不断被研究，然而对CsPbBr3微线中折叠法布里-珀罗（Fabry−Pérot）微腔极化激元以及双腔调制效应还不为人所知。这种双腔系统将为构建新型激子极化激元器件的光调制行为提供一种潜在用途。

图1. CsPbBr3微线的光学表征及在直线Fabry−Pérot微腔中激子极化激元的色散关系。

图2. CsPbBr3微线的光学表征及在折叠Fabry−Pérot微腔中激子极化激元的色散关系。

图3. 单根CsPbBr3微线在两种不同倾斜角度下的偏振分辨光致发光光谱。

图4. 直线Fabry−Pérot和折叠Fabry−Pérot微腔的偏振分辨光致发光谱及其二阶导数谱。

【总结】：

这一进展拓宽了人们对于新腔体极化激元的探索，并指出卤化物钙钛矿材料体系是研究极化激元新型光调制行为和光学器件的良好平台。

人物介绍

工作教育经历

谭平恒，1996年毕业于北京大学物理系，获理学学士学位；2001年毕业中国科学院半导体研究所，获理学博士学位；2001-2003年，德国慕尼黑工业大学肖特基研究所博士后；2003-2008年，中国科学院半导体研究所副研究员；2006-2007年，英国剑桥大学工程系，英国皇家学会访问学者；2009年起，中国科学院半导体研究所研究员；2015年3月起，中国科学院大学岗位教授

研究领域

一直从事碳纳米材料以及半导体低维材料的光致发光和拉曼光谱学研究，系统地研究了碳纳米管、石墨烯、Ge/Si自组织量子点、GaAsN合金材料以及碳纳米管束的光学性质，获得了一系列有意义的结果。目前研究方向(但不限于)如下：1) 石墨烯光电子学2) 新型二维晶体材料的光学性质研究3) 各种小量子系统的光学性质研究4) 新型半导体材料的物理性质研究

科研成果

一直从事半导体低维纳米材料的光学和电学性质研究，与合作者一起取得了以下代表性成果：

（1）系统研究了碳纳米管及其相关材料的色散性拉曼振动模，为双共振拉曼散射理论的建立提供了数项重要实验基础。

（2）系统研究了单层和多层石墨烯的晶格振动光谱，实验确定了重掺杂石墨烯的费米能级，首先观察到多层石墨烯的层间耦合振动模，探测了多层石墨烯异质结的界面耦合强度，并将研究推广到其它二维异质结。

（3）全面总结拉曼光谱表征Ge/Si量子点体系的应力模型，被广泛采用。

（4）实验发现福斯特激子相互作用为半导体纳米管束内激子能量传递的主要机制，实验观测到GaNAs合金E+能级的光致发光谱并提出E+能级新模型。

（5）开发了基于单光栅光谱仪的超低波数拉曼光谱测试技术，相关科研成果被称为低波数拉曼测试的世界纪录，并被仪器厂商产品宣传资料多次采用。至今已在Nat. Mater., Chem. Soc. Rev., Nat. Commun., Phys. Rev. Lett.和J. Am. Chem. Soc., 等国内外物理期刊发表论文200余篇。所发表论文被SCI引用1万余次，SCI引用大于100次的论文30余篇；在 Web of Science中的出版物共有240余篇，H指数59，总被引频次18000余次，自2018年-2022年连续5年获得科睿唯安全球“高被引科学家”称号（交叉学科）。多篇学术论文被国内外学术专著和综述性文章多次引用, 并为四本英文专辑或专著发表英文章节，翻译出版一本专辑《碳材料的拉曼光谱－从碳纳米管到金刚石》，编辑出版一本英文著作《Raman spectroscopy of two-dimensional materials》。在国内外学术会议上做大会报告和邀请报告100余次。

近期代表作