二維（2D）范德華材料是一大類具有多種電子性質的材料，這種多樣性能夠互相結合組成具有新特性和潛在應用的異質結構。以前大部分研究都集中在用機械剝離層制造的異質結構上，這些層的橫向尺寸為幾微米見方，厚度不均勻，這在制造具有足夠重現性的超晶格結構以實現所需的光子或電子色散提出了實質性的挑戰。對于光子應用而言，二維材料的單分子層是不理想的，盡管有共振光學響應，由于厚度小于1 nm、與光的相互作用較弱。Mo、W、Re等半導體過渡金屬二鹵化物（TMDC）是范德華材料的一個子類，由于過渡金屬與硫族元素的強面內鍵合，具有大而復雜的折射率。TMDC的低介電屏蔽和高度受限激子波函數導致激子結合能約為500？meV。為了設計TMDC與光的強相互作用，并保持其單層形式的關鍵優勢，有必要在一維結構中構建具有單層重復單元的超材料或超晶格結構。

　　在美國陸軍研究實驗室等資助下，美國賓夕法尼亞州立大學、加州大學洛杉磯分校、空軍研究實驗室、布魯克海文國家實驗室和、戴頓大學和英國愛思強（AIXTRON）公司的研究人員合作，開發了一種制造高光發射原子級薄超晶格或半導體薄膜的新方法。研究人員制作了一個由鎢和硫組成的五個原子厚的超晶格，可直接在晶片上生長，然后再溶解基板，使得晶格可以轉移到任何所需的材料上。這種超晶格設計不僅非常薄、重量輕且具有成本效益，而且還可以發光，并且可以通過操縱超晶格的形狀，從而間接控制其發出的光。

　　該研究從實驗上實現了超材料或超晶格的統一吸收（near-unity absorption），同時保持單層TMDC的增強光致發光發射和光電特性。超晶格的規模為平方厘米，由金屬有機化學氣相沉積（MOCVD）生長的TMDC（MoS2和WS2）的重復單元以及堆疊在金背反射器上的絕緣間隔物（h-BN和Al2O3）組成（圖1a）。當光以大于45°的入射角耦合到超晶格中時，超晶格中出現了強耦合激子極化。此外，通過改變超晶格及其單元的幾何參數，可以觀察到激子-極化子色散和耦合強度都是可調控的。這種組裝過程既通用又簡單，由于沒有微加工限制，因此在材料選擇方面具有極大的靈活性。因此，它可以被擴展，以允許幾個不同的二維硫屬化合物和間隔層的集成。由此產生的方法為電子、光電和光子應用開辟了一個人工設計、可擴展的范德華超晶格的廣闊領域。

　　該研究成果發表在《Nature Nanotechnology》,2021,題目“Light–matter coupling in large-area van der Waals superlattices”。