近日，清华大学摩擦学国家重点实验室在探测超快能量耗散领域取得重要进展。相关成果以“利用超快显微镜直接成像少层WS2中缺陷束缚激子扩散的过程”(Direct Visualization of Exciton Transport in Defective Few-Layer WS2 by Ultrafast Microscopy)为题发表在《先进材料》（Advanced Materials）。

从能量耗散角度揭示摩擦起源一直是摩擦领域的重要挑战。材料中能量耗散过程发生在飞秒至纳秒级别，空间处于纳米级别。二维过渡金属硫化物具有优良的摩擦性能，是研究纳米级别超快能量耗散过程的理想对象。这些过程主要包括激子的辐射复合、湮灭、能量转移、电荷转移、扩散等。摩擦磨损过程常常伴随着缺陷的生成。因此探测缺陷对二维过渡金属硫化物中超快能量耗散的作用机理对揭示摩擦能量耗散原理具有重要意义。

该研究中，课题组搭建了瞬态吸收成像装置，并利用此超快显微镜对原子级缺陷束缚激子扩散的过程进行直接成像。发现缺陷在7.75-17.88皮秒时间内束缚中性激子，形成束缚激子。此过程是超快的非辐射过程，成为超快能量耗散通道，大大减少激子平均寿命。同时减小激子扩散系数，导致激子扩散距离从349.44 nm缩短到107.40 nm。这一工作实现从纳米尺度对超快能量耗散过程进行成像探测，为揭示摩擦能量耗散机理提供理论支持，也为检测纳米尺度缺陷提供了新方法。

图1. 缺陷束缚激子扩散的示意图。

清华大学摩擦学国家重点实验室雒建斌院士和刘大猛副教授为论文共同通讯作者，机械系2016级博士生刘欢为论文第一作者，2016级本科生王冲和2017级本科生左征光参与了重要工作。该工作得到国家自然科学基金委重大科研仪器研制项目经费支持。

文章链接：https://doi.org/10.1002/adma.201906540