Sølvsavtand skaber dal-kohærent lys til nanofotonik

Forskere ved Universitetet i Groningen brugte en sølvsavtand nanoslit-array til at producere dal-kohærent fotoluminescens i todimensionelle wolframdisulfidflager ved stuetemperatur. Indtil nu, dette kunne kun opnås ved meget lave temperaturer. Kohærent lys kan bruges til at lagre eller overføre information i kvanteelektronik. Denne plasmon-exciton hybridenhed er lovende til brug i integreret nanofotonik (lysbaseret elektronik). Resultaterne blev offentliggjort i Naturkommunikation den 5. februar.

Wolframdisulfid har interessante elektroniske egenskaber og fås som et 2-D materiale. "Den elektroniske struktur af monolag wolframdisulfid viser to sæt laveste energipunkter eller dale, " forklarer lektor Justin Ye, leder af gruppen Device Physics of Complex Materials ved University of Groningen. En mulig anvendelse er i fotonik, da det kan udsende lys med dalafhængig cirkulær polarisering - en ny grad af frihed til at manipulere information. Imidlertid, valleytronics kræver sammenhængende og polariseret lys. Desværre, tidligere arbejde viste, at fotoluminescenspolarisering i wolframdisulfid er næsten tilfældig ved stuetemperatur.

Dale

"Wolframdisulfid er unik ved, at disse to dale ikke er identiske, " siger Ye. Det betyder, at for at skabe lineært polariseret lys, begge dale skal reagere kohærent for at generere lys i fotoluminescensen. "Men intervallet spredning ved stuetemperatur ødelægger i høj grad sammenhængen, så mærkbar sammenhæng opnås kun ved meget lave temperaturer, der er tæt på nul."

Ye og hans postdoc-forsker Chunrui Han (arbejder nu ved Institut for Mikroelektronik, Chinese Academy of Sciences) prøvede derfor en anden tilgang til at skabe lineært polariseret lys ved at bruge en plasmonisk metasoverflade, i form af en sølvsavtand nanoslit-array. Et sådant materiale interagerer stærkt med wolframdisulfid og kan overføre resonans induceret af lys i form af et elektromagnetisk felt i metallet. "Det forbedrer lys-materiale-interaktionen, " siger Ye.

Sølv

Ved at tilføje et tyndt lag sølvmetaoverflade oven på et monolag af wolframdisulfid, lineær polarisering induceret af dalens sammenhæng øges til omkring 27 procent ved stuetemperatur. "Denne rumtemperaturydelse er endnu bedre end dalens polarisering opnået i mange tidligere rapporter målt ved meget lave temperaturer, " siger Ye. Den lineære polarisering kunne øges yderligere til 80 procent ved at tilføje anisotropien af ​​plasmonisk resonans, i form af savtandsmønsteret, til den optiske reaktion af wolframdisulfidet. Dette betyder, at Ye og Han nu er i stand til at inducere lineært polariseret fotoluminescens i dette materiale.

Denne præstation vil gøre det muligt at bruge både dalkohærens af wolframdisulfid og plasmonisk kohærens af metasurfaces i optoelektronik ved omgivende temperaturer. Det næste trin er at erstatte laserlyset, der inducerede fotoluminescens, med elektrisk input.