Laser & Phot Rev封面:單層WS2/光子晶體的超快光致庫倫屏蔽效應

2021-01-16 江蘇雷射產業創新聯盟

江天 二維材料前沿 原創，雷射天地轉載

光與物質之間的相互作用蘊藏著豐富的物理現象與廣泛的應用前景，深入了解微納尺度下光與物質相互作用的過程已經成為了當代科學研究中一個越來越重要的課題。得益於材料科學，微納加工手段以及先進光譜測試技術的迅速發展，進一步探索揭秘光與物質相互作用的機理成為了可能。

國防科技大學江天研究員團隊聯合復旦大學石磊教授團隊在二維材料與光學諧振腔強相互耦合作用機理研究方面取得了重要進展。他們利用溼法轉移以及電子束刻蝕的方法成功地製備了單層WS2/一維光子晶體強耦合異質器件，並通過穩態角分辨光譜技術以及瞬態顯微光譜技術研究了器件的耦合動力學行為，結果表明在非共振激發條件下單層WS2中激子的超快非平衡庫倫屏蔽作用將會影響強耦合激子極化激元的形成。

該成果『『Ultrafast Response of a Hybrid Device Based on StronglyCoupled Monolayer WS2 and Photonic Crystals: The Effect ofPhotoinduced Coulombic Screening」發表在了國際頂級光學期刊《Laser & Photonics Reviews》上，並且受該期刊邀請為封面文章。

圖1 《Laser & Photonics Reviews》封面

自2015年來，有關單層過渡金屬硫族化合物（TMDs）納米材料與光學諧振腔之間的強相互耦合（strong coupling）的研究得到了廣泛的科學關注。許多新奇的物理現象及應用取得到了迅速的發展，例如能谷激子極化激元等。儘管如此，卻少有報導研究其強耦合狀態下光與物質相互作用超快響應機制，特別是納米材料中激子的非平衡庫倫屏蔽作用是如何動態影響強耦合激子極化激元的形成，這一物理過程亟待人們探索。

基於此，本論文作者構建製備了單層WS2/光子晶體強耦合異質器件（如圖1）。應用穩態的角分辨光譜手段表徵得到器件的能級Rabi劈裂的大小為40.2 meV（如圖2）。通過瞬態顯微光譜技術研究了強耦合器件在不同激發能量下的超快響應過程。重點發現了激子的超快光致庫倫屏蔽作用將阻礙激子與光學諧振腔之間的超快能量轉移，從而影響激子極化激元的形成（如圖3）。

圖2 單層WS2/一維光子晶體異質結構表徵

圖3 單層WS2/一維光子晶體異質結構的能級劈裂行為

圖4 單層WS2/一維光子晶體異質結構超快光致庫倫屏蔽效應

這一物理機制的發現有利於促進人們對強耦合狀態下光物理過程的理解，並且為進一步實現對光與物質相互作用的調控以及新型相干納米器件的設計提供了新的思路和機遇。

本論文的通訊作者為國防科技大學的江天研究員、復旦大學的石磊教授。第一作者為國防科技大學博士唐宇翔以及復旦大學博士張彥彬。

【文章連結】

Ultrafast Response of a HybridDevice Based on Strongly Coupled Monolayer WS2 and Photonic Crystals: TheEffect of Photoinduced Coulombic Screening

Yuxiang Tang， Yanbin Zhang，Hao Ouyang，Maoxiong Zhao， Hao Hao，Ke Wei， Han Li，Yizhen Sui，Jie You，Xin Zheng，Zhongjie Xu，Xiangai Cheng，Lei Shi，Tian Jiang

Laser & Photonics Reviews，2020-03-05

DOI: 10.1002/lpor.201900419

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