极低温度下，在二硫化钨薄片中，实现产生谷相干光致发光！

科学家使用银色锯齿纳米灯阵列，室温下在二维二硫化钨薄片中产生谷相干光致发光。到目前为止，这只能在非常低的温度下实现。相干光可以用来在量子电子学中存储或传输信息。这种等离子体激子混合器件在集成纳米光子学（光基电子学）中有很好的应用前景，其研究结果发表在《自然通讯》期刊上。格罗宁根大学复合材料设备物理研究组负责人贾斯汀·叶副教授解释说：

二硫化钨具有有趣的电子性质，可以作为二维材料使用，单层二硫化钨的电子结构显示出两组能量最低点（谷）。一种可能的应用是光子学，因为它可以发射依赖于谷的圆偏振光，这是一种处理信息的新自由度。然而，电谷电子学需要相干和偏振的光。遗憾的是，前人的研究工作表明，在室温下，二硫化钨的光致发光偏振几乎是随机的。二硫化钨的独特之处在于这两个谷并不完全相同。

这意味着要产生线偏振光，两个山谷必须一致响应才能在光致发光中产生光。但室温下的谷间散射在很大程度上破坏了相干性，因此只有在接近零的非常低温度下才能实现明显的相干性。因此，科学家们尝试了一种不同的方法，通过使用等离子体亚表面，以银锯齿纳米灯阵列的形式来创建线偏振光，这种材料与二硫化钨有很强的相互作用。

可以转移金属中电磁场形式的光引起的共振，增强了光与物质的相互作用。通过在单层二硫化钨表面上加一层薄薄的银亚表面，在室温下由谷相干性引起的线偏振增加到27%左右。这种室温性能甚至比之前许多报告中在非常低温度下测量到的谷极化还要好。在二硫化钨光学响应中加入锯齿形等离子体共振的各向异性，可使线偏振进一步提高到80%。这意味着科学家现在能够在这种材料中诱导出线偏振光致发光。

这一成果将使在室温下利用二硫化钨的谷相干性和亚表面等离子体相干性成为可能。下一步是用电输入取代诱导光致发光的激光。过渡金属二卤代化物(TMDC)单分子膜具有直接带隙、自旋谷锁定和高度可调的激子特性，在发光器件和集成纳米光子学中具有重要的应用价值。然而，由于谷退相干效应，室温下光致发光偏振几乎是随机的。系那样展示了通过将WS2单分子膜与精心设计的亚表面：

即银锯齿纳米照明阵列相结合来实现对激子发射偏振态的室温控制。当WS2激子与金属纳米结构中表面等离子体共振产生的各向异性共振透射模耦合时，随机偏振转变为线性。研究发现，这种耦合增强了对总线性二色性贡献约30%的谷相干性。通过优化亚表面进一步调制传输模式，等离子体激子混合系统的全线性二向色性可达80%，这推动了基于过渡金属二卤代化物的光子器件发展。

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博科园｜研究/来自：格罗宁根大学

参考期刊《自然通讯》

DOI: 10.1038/s41467-020-14597-2

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