我院兰胜教授课题组在《Nano Letters》上发表重要研究成果

近期，我院兰胜教授课题组，在介电-金属复合纳米腔嵌入单层二维材料的强耦合研究中取得重要进展，研究成果以“Greatly Enhanced Plasmon–Exciton Coupling in Si/WS₂/Au Nanocavities ”发表在国际权威期刊Nano Letters上（影响因子：11.189）。我院硕士生邓富和黄鸿鑫为论文共同第一作者，兰胜教授为通讯作者，我校为第一完成单位。

光与物质的强相互作用在超快光开关、量子操控以及低阈值激光器等领域具有重要应用价值。近年来，金属纳米颗粒/结构与二维材料被广泛用于实现表面等离子激元与激子的强耦合，因为前者具有较强的电场增强和较小的模式体积，而后者则具有强吸收和大电偶极距。目前，在可见光和近红外波段，金属具有较大的欧姆损耗，严重制约了这种耦合系统的实际应用。兰胜教授课题组创新性地提出并验证了由硅(Si)纳米颗粒和金(Au)薄膜组成的介电-金属复合纳米腔，内嵌单层二硫化钨(WS₂)，通过数值模拟和实验测量，系统地研究了这种纳米腔支持的表面等离子激元与单层二硫化钨(WS₂)激子的耦合作用，证实了表面等离子激元(SPP)镜像磁偶极(MMD)-激子(exciton)三者之间的超强耦合。该研究的创新成果包括：(1) 发现了由 Si 纳米颗粒和 Au 膜组成的介电-金属复合纳米腔支持具有较大增强因子（约200）的“暗”模式，可以实现约240 meV 的拉比能量劈裂；(2) 利用介电-金属复合纳米腔首次证明了三种模式之间的强耦合作用；(3) 利用角度分辨和尺寸分辨的散射光谱成功观测到三种模式的强耦合，为操纵耦合强度提供了更多的自由度。

这些发现为在介电-金属复合体系中实现等离子激元和激子之间的强耦合提供了支撑，并为构建纳米级光子学器件开辟了新的思路。

论文链接：https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.1c03576

拟稿：杨爽  欧华鹏

审稿：水玲玲  谢子娟