Forskare vid universitetet i Groningen använde en nanoslit matris av silver för att producera dalsammanhängande fotoluminescens i tvådimensionella volframdisulfidflingor vid rumstemperatur. Tills nu, detta kunde endast uppnås vid mycket låga temperaturer. Sammanhängande ljus kan användas för att lagra eller överföra information i kvantelektronik. Denna plasmon-exciton-hybridanordning är lovande för användning i integrerad nanofotonik (ljusbaserad elektronik). Resultaten publicerades i Naturkommunikation den 5 februari.

Volframdisulfid har intressanta elektroniska egenskaper och finns som ett 2-D-material. "Den elektroniska strukturen för enskikts volframdisulfid visar två uppsättningar av lägsta energipunkter eller dalar, "förklarar docent Justin Ye, chef för gruppen Device Physics of Complex Materials vid University of Groningen. En möjlig applikation är inom fotonik, eftersom den kan avge ljus med dalberoende cirkulär polarisering-en ny grad av frihet att manipulera information. Dock, valleytronics kräver koherent och polariserat ljus. Tyvärr, tidigare arbete visade att fotoluminescenspolarisering i volframdisulfid är nästan slumpmässig vid rumstemperatur.

Dalar

"Volframdisulfid är unikt genom att dessa två dalar inte är identiska, "säger Ye. Det betyder att för att skapa linjärt polariserat ljus, båda dalarna måste reagera koherent för att generera ljus i fotoluminescensen. "Men intervallspridningen vid rumstemperatur förstör till stor del koherensen, så märkbar koherens uppnås endast vid mycket låga temperaturer som är nära noll. "

Ni och hans postdoktor Chunrui Han (arbetar nu vid Institute of Microelectronics, Chinese Academy of Sciences) försökte därför ett annat tillvägagångssätt för att skapa linjärt polariserat ljus med hjälp av en plasmonisk metasyta, i form av en silversågtand nanoslit array. Ett sådant material interagerar starkt med volframdisulfid och kan överföra resonans inducerad av ljus i form av ett elektromagnetiskt fält i metallen. "Det förbättrar ljus-materialinteraktionen, "säger Ye.

Silver

Genom att lägga till ett tunt lager silvermetasyta ovanpå ett monoskikt av volframdisulfid, linjär polarisering som induceras av dalsammanhang ökas till cirka 27 procent vid rumstemperatur. "Denna rumstemperaturprestanda är ännu bättre än dalpolarisationen som erhållits i många tidigare rapporter mätt vid mycket låga temperaturer, "säger Ye. Den linjära polarisationen kan ökas ytterligare till 80 procent genom att lägga till anisotropin av plasmonisk resonans, i form av sågtandsmönstret, till volframdisulfidens optiska svar. Detta betyder att Ye och Han nu kan inducera linjärt polariserad fotoluminescens i detta material.

Denna prestation kommer att göra det möjligt att använda både dalsammanhäng av volframdisulfid och plasmonisk koherens av metasytor i optoelektronik vid omgivningstemperaturer. Nästa steg är att ersätta laserljuset som inducerade fotoluminescens med elektrisk ingång.