Photonics Research 2020年第11期封面文章：
Shuai Zhang, Yangguang Zhong, Fan Yang, Qinxuan Cao, Wenna Du, Jianwei Shi, Xinfeng Liu. Cavity engineering of two-dimensional perovskites and inherent light-matter interaction[J]. Photonics Research, 2020, 8(11): 11000A72.
主编点评：
自从2010年的诺贝尔物理奖颁发给物理学家Andre Geim和Konstantin Novoselov表彰他们对石墨烯(graphene)的贡献，科学家们对二维材料的兴趣与日俱增。
和三维材料相比，二维材料在一个维度只有单层原子，这一独特的几何结构让它拥有三维材料所没有的特殊性能。比方说通过引入疏水的有机阳离子破坏钙钛矿材料的三维结构的对称性，形成二维的钙钛矿结构以后，因为只有一层原子，电子密度和其传输特性以及电声耦合（electron-phonon coupling)效应出现极大变化。通过调节起间隔作用的阳离子以及非对称的晶格结构，和三维材料相比，有更多的自由度来调节材料的能带结构、非线性光学和光电性能。
近年来，二维钙钛矿因为其优越的光电性能在太阳能电池、光电探测器以及发光二极管方面的应用备受瞩目，堪称明星级别的材料。另一方面，在光学器件里，能增强光—物质相互作用的光学腔(cavity)是很多功能元件的基础，比如激光、调制器、频率转换器等。
如何利用二维钙钛矿材料的光电特点并将其与应用广泛的光学腔结合，在功能器件上实现更多的突破是一个值得探索的课题。针对这个需求，国家纳米科学中心的刘新风教授课题组对二维钙钛矿材料的光腔应用及其内在的光与物质相互作用进行了讨论和展望。相关综述作为封面文章发表在Photonics Research 2020年第11期上。
杨兰主编 华盛顿大学
光子器件的小型化、集成化及快速响应迫切需要推进光在微纳尺度上耦合与传播的控制。发光介质与光学微腔的耦合不仅实现了光的定向传播还抑制了光的损耗，更重要的是微腔中限域的光子还可以和介质产生相互作用。
光学微腔作为耦合过程中重要的组成部分，其品质的高低直接影响到耦合状态的好坏。而增益介质的选择在光腔构建中具有重要意义。一方面它需要尽可能高的量子效率，降低无辐射过程的损耗；另一方面在工艺上能参与构建高质量光腔，保持高的光腔品质因子。因此什么样的材料能同时满足这两个方面的需求，这一问题引起了人们的思考。
近年来，人们发现卤铅钙钛矿材料在光子学器件应用上具有先天性优势。因为其具有在室温下高效率的激子（注：受库仑势束缚的电子—空穴对复合体）发光、在高载流子浓度下较低的俄歇速率（注：电子与空穴复合时，把能量或者动量，通过碰撞转移给另一个电子或者另一个空穴的速率，影响激子寿命）以及高质量钙钛矿单晶易于制备等优点。
虽然目前人们在基于三维钙钛矿的发光二极管、光泵浦激光以及激子极化激元等领域都有了很多研究。然而许多三维钙钛矿材料具有激子束缚能较低以及缺陷态密度较高的缺点，从而在发光性能及器件应用方面存在局限，因此引起了人们对低维度钙钛矿材料的研究热情。
二维钙钛矿材料具有介电限域效应和单一维度内的量子限域效应，这增加了激子复合概率，而且二维钙钛矿材料还具有二维层状特征和相对更高的量子效率的优点，因而在微纳尺度光腔构建上具有独特优势。
目前基于二维钙钛矿材料的光腔应用正引起人们的关注，当然其中也有一系列有待解决的问题，例如二维钙钛矿材料的独特性质对光腔的构建提出了什么要求，以及如何选择合适的光腔和钙钛矿材料的形态等。
针对该研究现状，国家纳米科学中心的刘新风教授课题组对二维钙钛矿材料的光腔应用及其内在的光与物质相互作用进行了讨论和展望。相关综述作为封面文章发表在Photonics Research 2020年第11期上。
构建二维钙钛矿的光学腔，包括基于单晶的自组装光腔、垂直平面的法布里—珀罗腔和光子晶体结构。
相对于三维钙钛矿材料，具有更高的量子产率、更低的缺陷密度以及更单纯的激子发光；材料中同时存在平面内和垂直平面的光学跃迁途径，这会引起独特的光学各向异性；以及更容出现自陷态的激子发光。
样品制备方面可分为：旋涂薄膜法、溶液结晶法、化学气相沉积法；
光腔的组建方式可分为：利用单晶微纳结构的自组装光腔、垂直腔面发射的法布里—珀罗腔、周期性的光腔阵列及光子晶体结构。
包括光子—激子强耦合、光子激光和光电器件：
在构建强耦合体系方面，回顾了在不同光腔体系中实现的激子与光腔模式的强耦合。特别是在基于单晶片的分布式布拉格反射镜（DBR）光腔中观察到了自旋依赖的极化激元相互作用和玻色—爱因斯坦凝聚现象；
在光子激光方面，指出单层无机骨架的二维钙钛矿材料存在光增益受到抑制的现象，而在准二维（多层）钙钛矿材料中此效应得到了改善。同时在混合相的二维钙钛矿材料中，容易存在高维度激子态上的光增益现象。
在光电器件方面，指出光腔对特定能量处吸收和发射的增强有利于提高器件性能和构建新型功能器件。例如提高非线性的双光子发射、构建基于二维钙钛矿纳米线的光电探测器等。
刘新风教授认为，在样品制备方面，可控生长大面积单晶薄膜将会是下一步的目标；从二维到准二维钙钛矿材料的转变将如何影响光增益和激子极化激元的形成仍需要进一步的研究；二维钙钛矿光腔有望在非线性光学器件集成方面实现突破，但环境稳定性及潜在的重金属污染等问题也需要解决。
国家纳米科学中心
主要研究方向：
纳米光子学，超快光学，非线性光学
刘新风，研究员，博士生导师，中国科学院纳米标准与检测重点实验室副主任。2011年于国家纳米科学中心获理学博士学位，之后在新加坡南洋理工大学从事博士后研究，于2015年加入中国科学院纳米标准与检测重点实验室。主要从事半导体材料超快光谱学研究，应邀在Adv. Mater.、 Adv. Opt. Mater.、 Photon. Res.等期刊撰写综述，同时担任Nat. Nanotech.、 Science Adv.、JACS、Adv. Mater.、 Nano Lett.等国际学术期刊审稿人，Nanotechnology客座编辑以及Journal of Physics: Photonics、Nano Materials编委。近年来在Nat. Commun., JACS, Adv. Mater., Nano Lett.等期刊上发表论文160余篇, 总被引10000余次，H-index为51(Google Scholar)。课题组主页 www.nanoctr.cn/liuxfgroup。
国家纳米科学中心
主要研究方向：
微纳激光器，光与物质强相互作用，非线性光学
张帅，国家纳米科学中心博士生。2012年毕业于曲阜师范大学物理工程学院，2017年在山东师范大学物理与电子科学学院获硕士学位。2017年至今在国家纳米科学中心攻读博士学位，在此期间获得中心主任奖学金。近年来，以第一作者或共同一作发表学术论文8篇。
国家纳米科学中心
主要研究方向：
半导体材料生长，光子-激子强相互作用，纳米光子学
杜文娜，国家纳米科学中心、中国科学院纳米标准与检测重点实验室副研究员。2011年在河北工业大学获得学士学位，2016年在中国科学院半导体研究所获得博士学位，2011年7月加入国家纳米科学中心。主要从事半导体纳米材料生长、纳米光子学和非线性光学的研究。近五年来已发表40多篇论文，其中包括1篇Nature子刊、2篇Adv. Mater.、2篇Nano Lett.、1篇Angew. Chem. Int. Ed.，申请发明专利6项，授权2项，合著2部英文专著。同时，先后承担和参与了国家自然科学基金项目、科技部973、中国科学院仪器项目和开放课题等多个项目。
国家纳米科学中心
主要研究方向：
二维材料，非线性光学，半导体光电子学
史建伟，国家纳米科学中心博士后。2017年毕业于长春理工大学理学院电子科学与技术专业，并获得工学博士学位。2018年至今在国家纳米科学中心从事博士后工作。主要研究方向为二维层状材料、非线性光学、半导体光电子学等。
来源：中国激光
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