二氧化钛（TiO₂）是目前最有希望的光伏和光催化材料之一。该材料以不同的结晶形式出现，但最有吸引力的是“锐钛型”晶格的。锐钛型TiO₂从光伏和光催化到自洁眼镜，以及水和空气净化涉及广泛的应用。这些都是基于锐钛型TiO₂的光吸收及其随后的电荷转换，但其基本的电子和光学性质的本质仍然是未知的。EPFL科学家与国内外的合作伙伴，已经通过尖端的稳态和超快光谱技术以及理论计算结合解决了这个问题，这项工作发表在“自然通讯”。
　　当光照射在诸如TiO₂的半导体材料上时，其产生游离的负电荷（电子）和正电荷（空穴）或结合的中性电子-空穴对被称为激子。激子可在纳米尺度上传输能量和电荷，是下一代电子领域的基础。激子对远距离结构紊乱和缺陷的“免疫”意味着它可以以光的形式存储入射能量，并以选择性的方式将其引导到纳米尺度。与目前的技术相比，这种技术有望取得巨大进步。
　　EPFL的Chergui小组以及国内外同事通过联合使用稳态角分辨光电子能谱（ARPES）光谱椭偏仪和超快二维深紫外光谱以及最先进的第一原理理论工具的先进实验方法，首次用于锐钛型TiO₂材料的研究。他们发现光吸收光谱的阈值是由于强结合的激子，其表现出两个显著的新颖性质：首先，它被限制在材料的三维晶格的二维（2D）平面上。其次，这种二维激子在室温下是稳定的且可以稳健抵制缺陷，因为它存在于任何类型的TiO₂-单晶、薄膜甚至器件中的纳米颗粒。鉴于制造锐钛型TiO₂材料价格便宜，了解光吸收后如何产生电荷是高效光催化剂的关键成分，这些发现对许多应用而言至关重要。
　　此外，研究发现的激子对材料中的各种外部和内部刺激（温度，压力，过量电子密度）非常敏感，这将为一个强大的、准确的和便宜的光学读取传感器检测方案铺平了道路。(来源：新材料在线)