各校計畫成果

活動簡介

光在我們日常生活中扮演重要角色，不同的應用需要不同能量的光。舉例來說，紫外光常用於殺菌，可見光讓我們世界繽紛多彩，且能被太陽能電池有效轉換成電能。紅外光則因其能量較低，較不易被有效利用。此外，當光與物質作用時，光通常會失去能量，變成低能量的光和熱能。若能把這些低能量光子轉換成高能量光子，就能顯著提升光的使用效率，這種技術稱為「光上轉換」。陳劭宇研究團隊使用「上轉換螢光光譜」技術，發現常見的二維半導體材料（例如MoS₂、MoSe₂、WS₂ 和WSe₂）在一般室內光源的條件下，就能觀測到光上轉換的現象。舉例來說，這些原子級材料可以吸收低能量的紅光，並發射出更高能量的近紫外光。此外，陳劭宇團隊更進一步與陽明交通大學電子物理系以及淡江大學物理系的理論物理團隊合作，揭露了光上轉換的關鍵機制為「暗激子—暗激子湮滅（dark exciton - dark exciton annihilation）」，即兩個動量相反的暗激子相互作用後轉變為能量更高的亮激子並釋放光能（參見圖一）。這些二維半導體材料能夠調節光上轉換的範圍從綠光到紫外光，可以根據不同的應用需求來調控適合的光譜範圍。（參見圖二）

全文：Chen, YH., Lo, PY., Boschen, K.W. et al. Efficient light upconversion via resonant exciton-exciton annihilation of dark excitons in few-layer transition metal dichalcogenides. Nat Commun 16, 2935 (2025). https://doi.org/10.1038/s41467-025-57991-4