中红外光覆盖许多分子的特征吸收“指纹”，是气体传感、红外光谱、医学诊断和自由空间通信的重要工具。然而，传统中红外发光二极管多依赖复杂的III-V族半导体外延结构，难以与硅基或柔性平台集成。近日，中心孙栋团队联合湖南大学潘安练教授、郑州大学程晋罗教授，构建出可由栅压调控的Te/MoS₂范德瓦尔斯p-n异质结LED，实现约3.5 μm的线偏振中红外电致发光，为可重构片上中红外光源提供了新的材料方案。

要实现高效的电致发光，需要使电子和空穴在材料中有效注入并发生辐射复合。二维范德瓦尔斯材料因不受晶格匹配条件的严格限制，为构筑轻薄、可集成的异质结光源提供了灵活的材料平台。二维黑磷虽能发射中红外偏振光，但其在空气中容易降解，稳定性较差。碲（Te）纳米片兼具窄带隙、较好的空气稳定性和光学各向异性，为实现稳定的偏振中红外发光提供了新的材料选择。

研究团队利用p型Te与n型MoS₂构筑了p-n异质结。施加正向电压后，MoS₂中的电子注入Te，并与Te中的空穴发生辐射复合，产生波长约3.5 μm的中红外光。电致发光与光致发光的峰位和线宽接近，表明发光主要源于Te的带边跃迁。由于Te的准一维原子链结构赋予其显著的面内光学各向异性，器件无需引入额外微纳结构或偏振元件，即可直接输出线偏振中红外光。

图1 Te/MoS₂范德瓦尔斯异质结LED的器件结构、发光光谱与线偏振特性。

与常规的两端LED不同，该器件创新性地引入了栅极作为独立的“调光开关”。栅极电压能够改变MoS₂中的电子浓度以及异质结界面的能带弯曲，从而协同调节载流子的供给与跨界面注入效率。实验发现，随着栅压升高，发光强度迅速增加，并在约20 V附近达到峰值；若继续提高栅压，界面注入势垒增大，发光强度则会随之下降。该结果表明，栅极调控不仅改变器件电流，还能够改变异质结的载流子注入效率。

重要的是，这种栅压调控在显著改变发光强度的同时，发光峰位和偏振方向依然保持高度稳定。在未引入任何光学微腔或波导增强结构的简单平面器件中，其峰值外量子效率达到了约0.32%。此外，该器件在未进行严格气密封装的情况下，存放约10个月后仍能保持稳定的中红外发光，充分展现了碲基材料在环境稳定性方面的巨大潜力。

图2 栅压调控下的中红外电致发光：发光强度在约20 V附近达到最大，发光峰位基本保持稳定；简单平面器件的峰值外量子效率约为0.32%。

目前，该器件的高信噪比发光主要在25 K的低温下获得，升温至80 K仍可观察到发光，但距离室温应用仍有提升空间。未来，研究团队计划通过进一步提升碲晶体与界面质量、优化接触势垒，并引入光子晶体等微纳结构，来全面提升器件的亮度和出光效率。若进一步与硅基中红外光子平台集成，这类同时具备电致发光、强度调控和固有偏振输出的器件，有望用于片上光谱、气体传感和偏振通信。

相关成果以“Gate-tunable mid-infrared electroluminescence from Te/MoS₂ p-n heterojunctions”为题发表在《Light: Science & Applications》上。北京大学物理学院博士生王时雨为论文第一作者，北京大学孙栋教授、郑州大学程晋罗教授和湖南大学潘安练教授为论文共同通讯作者。该研究得到国家自然科学基金、国家重点研发计划等项目支持。

论文链接：https://doi.org/10.1038/s41377-026-02402-6