格羅寧根大學用單層二硫化鎢產生穀相干光

據悉，格羅寧根大學（University of Groningen）複合材料設備物理研究組研究人員使用了一種鋸齒狀的銀納米發光陣列，在室溫條件下在單層二硫化鎢（WS2）上產生穀相干光致發光，進而能所製備的離子體激子混合器件在集成納米光子學（光基電子學）中擁有更好的應用前景，其研究結果已發表在《自然通訊》期刊上。

相干光是指兩束能滿足相干條件的光，而相干條件包括振動方向相同，振動頻率相同，相位相同或相位差保持恒定。這種光主要用於量子電子學中來存儲或傳輸資訊。然而，目前為止，相干光只能在非常低的溫度下才實現。

作為二維材料的典型代表，單層二硫化鎢具有極為獨特的電子性質，即電子結構顯示出兩組能量的最低點（谷），能應用於光子學中，因為它可以發射依賴于穀的圓偏振光。但是前人表示，在室溫下WS2的光致發光偏振幾乎是隨機的，所以要想很好的應用于電穀電子學中還需要進一步改善，因為電子學需要的是相干和偏振的光。

針對WS2的不足，格羅寧根大學研究者使用等離子體亞表面，以銀鋸齒納米燈陣列的形式來創建線偏振光，這種材料與二硫化鎢具有較強的相互作用，可以轉移金屬中電磁場形式的光引起的共振，進而增強了光與物質的相互作用。

通過在單層二硫化鎢表面上加一層薄薄的銀亞表面，在室溫下由穀相干性引起的線偏振能增加到27%左右。另外，在二硫化鎢光學回應中加入鋸齒形等離子體共振的各向異性，可使線偏振進一步提高到80%。

該研究成果將使在室溫下利用二硫化鎢的穀相干性和亞表面等離子體相干性成為可能。下一步是用電輸入取代誘導光致發光的鐳射。下面介紹研究者精心設計的WS2單分子膜亞表面：即WS2與銀鋸齒納米照明陣列相結合來實現對激子發射偏振態的室溫控制。

當WS2激子與金屬納米結構中表面等離子體共振產生的各向異性共振透射模耦合時，隨機偏振轉變為線性。此外，研究還發現，這種耦合增強了對匯流排性二色性貢獻約30%的穀相干性。通過優化亞表面進一步調製傳輸模式，等離子體激子混合系統的全線性二向色性可達80%，這推動了基於過渡金屬二鹵代化物的光子器件發展。