斯塔克效应描述了光谱线能量在外加电场下的移动或劈裂,是现代物理学著名的量子现象之一。斯塔克效应由德国物理学家Johannes Stark于1913年在氢原子光谱中发现。由于斯塔克效应对量子力学理论发展的重要贡献,其发现者Johannes Stark于1919年被授予诺贝尔物理学奖。在凝聚态物理中,激子相关的斯塔克效应也已在各种量子系统中被相继发现。
激子斯塔克效应不仅为精准、高速、有效操控材料物理性能提供了新的范例,也为新的量子现象和先进技术应用提供了可能。
除了激子之外,凝聚态体系中存在的多种集体激发,如声子、磁振子、等离激元等。然而,尽管经历了几十年的探索和研究,斯塔克效应的观测还仅仅局限在激子。其他集体激发是否能够出现斯塔克效应,仍处于空白。无疑,探索凝聚态中更广泛集体激发可能具有的斯塔克效应,将有助于阐明新的物理现象和激发新的应用。
最近,中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心N07课题组的博士生黄智恒在杜罗军特聘研究员、张广宇研究员的指导下,基于课题组此前在天然双层过渡金属硫族化物激子量子限域斯塔克效应研究的基础上,利用对层间激子能量的连续调控,实现了垂直电场对双层MoS2声子能量的线性调控,首次阐明了声子斯塔克效应的存在,并且声子能量调控可达~1THz,远高于已报道的其他机制的声子调控。
本工作首次将斯塔克效应由激子扩展到声子,并实现了有效的声子调控,有望推动声子相关的多体物理的进一步研究以及更多集体激发模式斯塔克效应的探索,为新的物理现象和应用提供可能。