전이 금속 칼코게나이드(TMD) 반도체는 큰 여기자 결합 에너지와 높은 진동자 강도(optical oscillator strengths)로 인해 흥미로운 여기자(excitonic) 물리 현상을 수반한다. 이러한 물질은 이종접합 구조로 추가로 공학적 설계를 수행함으로써 다양한 여기자 구성(exiton configurations)을 구현할 수 있다. 제2형(type-II) 밴드 정렬을 갖는 이중층 헤테로빌레이어(heterobilayer)에서는, 전자와 정공이 서로 다른 층에 존재하는 쌍극자성(dipolar) 층간 여기자(interlayer excitons)가 형성될 수 있다. 또한 모아레(moiré) 패턴은 여기자를 국소화하는 초격자 퍼텐셜(superlattice potentials)을 만들어 낼 수 있다. 본 연구에서는 자연적으로 적층된 3R- 및 2H-MoS2 이중층에서 관측되는 새로운 유형의 여기자 구조를 제시한다. 복합체에 외부 전기장을 가했을 때, 층간 트리온(interlayer trions)인 쌍극자성의 음전하를 띤 IX–에서 대칭적 IX–로의 전이가 관측된다. 이는 광발광 강도의 급격한 증가와 피크 위치에서의 적색 이동(red shift)으로 확인된다. 특히, 3R-MoS2 이중층에 내재된 자발 분극(spontaneous polarization) 전기장은 상부층과 하부층 사이에서 전자가 순차적으로 충전되도록 하여, 전자 도핑(electron doping) 하에서 IX– 구조 전이를 직접 관찰할 수 있게 한다. MoS2 이중층에서 전기장에 의해 조절 가능한 IX– 종(species)은 이국적인 여기자 상호작용과 관련된 양자 상태를 연구하기 위한 독특하고 견고한 플랫폼을 제공한다.

실리콘 및 금속 등 다양한 기판 위의 파장 가변 레이저는 광자칩 통신 및 생물학적 광학 프로브와 같은 신흥 광전자 응용에서 핵심적이다. 여기서는 그래핀 필름 위에 제작한 Zn1−xMgxO (0≤x≤0.07) 나노튜브 레이저를 보고한다. 그래핀 필름 위에 성장시킨 ZnO 나노튜브를 템플릿으로 사용함으로써, 코어–쉘 Zn1−xMgxO/ZnO 나노튜브 이종구조를 제작할 수 있다. ZnO에 비해 Zn1−xMgxO 나노튜브에서 청색 편이된 레이저 발광이 관찰되어 파장 가변성을 입증한다. 또한 Zn1−xMgxO 나노튜브 레이저는 원래의 SiO2/Si 기판으로부터 박리하여 고반사 Ag 층과 계면화할 수 있으며, 이로 인해 레이징 특성이 향상된다. 마지막으로 유한차분시간영역(finite-difference time-domain) 시뮬레이션을 수행하여 일단면에서 공기 및 Ag와 계면화된 Zn1−xMgxO 나노튜브의 레이징 특성을 조사한다. 그래핀 위의 이러한 파장 가변 나노레이저는 고성능이며 손쉽게 통합 가능한 레이저를 제작하기 위한 유망한 접근법을 제공한다.