单层 TMDC 纳激光器器件中量子多体效应的材料真实建模

单层过渡金属硫化物 (TMDC) 的高效光子-物质相互作用以及其占据的小体积，使其成为未来光电子器件中值得关注的增益层材料。许多聚物效应会通过引起激发载流子的光非线性特性来影响发射动力学，但从理论角度出发，这些机制尚未得到充分考察。本文提出了一种基于 MoS2 单层的材料真实微观理论，演示了其在室温下展现出受激发射活性。该建模方法结合库仑相互作用矩阵元与双线量子激光方程 (QLEs)，可获取光子辅助极化、载流子浓度分布以及光子数目的数值解，同时能够求解从皮秒到纳秒尺度的多尺度问题。该理论得到的输入-输出曲线、孔掩埋效应以及光谱夹取现象，均强烈表明该器件在浓度超过 $5 \cdot 10^{13}\,\text{cm}^{-2}$ 时，存在以电子-空穴等离子体为基础的激光现象。