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过渡金属二硫化物多层结构中的自杂化激子极化子实现高效光吸收

DOI：10.1021/acsphotonics.8b01194 期刊：ACS Photonics 出版年份：2018 更新时间：2025-09-23 15:21:01
摘要： 过渡金属二硫化物（TMDCs）因其在强光-物质相互作用领域的潜力近期备受关注。要利用这些材料实现强耦合效应，通常需要将激子与独立光学腔体（如法布里-珀罗微腔或等离子体纳米天线）的共振光子模式进行杂化。本研究首次发现：由于层状范德华TMDCs厚片具有高背景介电常数，其本身就能作为低品质谐振器发挥作用。这类"腔体"的光学模式可与同种材料中的激子发生杂化。我们通过实验与理论研究，系统考察了WS?、WSe?、MoS?和MoSe?四种常见TMDC材料厚片中的自杂化现象，在所有样本中均观测到反射/透射光谱的分裂现象，并获取了激子极化子的角分辨色散数据及厚度依赖特性。值得注意的是，厚层TMDC多晶膜表现出显著的吸收增强与展宽效应——这可解释为强光-物质耦合的体现。特别地，其可见光波段整体吸收效率超过50%，且对偏振态和入射角度的依赖性较弱。这些结果表明厚层TMDC薄片中形成了自杂化激子极化子，为基于此类简单体系的极化激元器件和光电器件研发开辟了新途径。
作者： Battulga Munkhbat，Denis G. Baranov，Michael Stührenberg，Martin Wers?ll，Ankit Bisht，Timur Shegai
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

研究过渡金属二硫化物（TMDCs）厚片中激子的自杂交现象及其与自身法布里-珀罗（FP）模式的相互作用，旨在理解强光-物质相互作用及其对极化激元和光电器件的影响。

研究成果

该研究表明，在厚层过渡金属二硫化物（TMDC）薄片中形成了自杂化激子极化激元，这为研究极化激元物理及开发光电器件提供了一个简易平台。所观测到的宽带吸收现象及其对偏振和入射角依赖性较弱的特点，凸显了TMDC材料在光捕获应用方面的潜力。

研究不足

该研究的局限性在于剥离薄片的质量和光学测量的分辨率。吸收光谱中分裂现象的观测结果尚无定论，这可能是由于过渡金属二硫化物材料的高度色散特性所致。

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