Experimentele realisatie van bulk WS2 BIC meta-oppervlakken. ASchets van het experimentele proces inclusief afschilfering van WS2nanopatterning via EBL en RIE en optische far-field spectroscopie. BScanning-elektronenmicroscoopmicrofoto’s van gefabriceerde WS2 metasurfaces met een schaalfactor van S = 1,25 met verschillende asymmetrieparameters ΔL0 en een uniforme dikte van 80 nm. CDoorlaatbaarheidsspectra van WS2 metasurfaces (verschoven voor zichtbaarheid) voor verschillende ΔL0, die de vorming van de quasi-BIC-modi laat zien. Om de ontkoppelde BIC-modi te tonen, werden resonanties spectraal gescheiden van de WS geplaatst2 opwinding. Dresonantie Q factoren geëxtraheerd uit de spectra in paneel C maximum laten zien Q factor 374. Krediet: Natuur materialen(2023). DOI: 10.1038/s41563-023-01580-7
De interactie van licht en materie op nanoschaal is een essentieel aspect van nanofotonica. Resonante nanosystemen stellen wetenschappers in staat om elektromagnetische energie te beheersen en te versterken met volumes die kleiner zijn dan de golflengte van het invallende licht. Ze zorgen er niet alleen voor dat zonlicht veel effectiever wordt opgevangen, maar vergemakkelijken ook een verbeterde optische golfgeleiding en emissiecontrole. De sterke koppeling van licht met elektronische excitatie in solid-state materialen genereert gehybridiseerde fotonische en elektronische toestanden, zogenaamde polaritonen, die interessante eigenschappen kunnen vertonen zoals Bose-Einstein-condensatie en superfluïditeit.
Een nieuwe studie, gepubliceerd in het tijdschrift Natuur materialen , presenteert vooruitgang in de koppeling van licht en materie op nanoschaal. Onderzoekers onder leiding van LMU-fysicus Dr. Andreas Tittl hebben een metasurface ontwikkeld dat sterke koppelingseffecten mogelijk maakt tussen licht en overgangsmetaaldichalcogeniden (TMDC’s). Dit nieuwe platform is gebaseerd op fotonisch gebonden toestanden in het continuüm, zogenaamde BIC’s, in nanogestructureerd wolfraamdisulfide (WS2).
Het gelijktijdige gebruik van WS2 als basismateriaal voor de vervaardiging van metasurfaces met scherpe resonanties en als koppelingspartner ter ondersteuning van de actieve materiaalexcitatie opent nieuwe mogelijkheden voor onderzoek naar polaritonische toepassingen.
Een belangrijke doorbraak in dit onderzoek is het beheersen van de koppelingssterkte, die onafhankelijk is van verliezen in het materiaal. Omdat het metasurface-platform zonder problemen andere TMDC’s of excitonische materialen kan integreren, kan het fundamentele inzichten en praktische apparaatconcepten voor polaritonische toepassingen opleveren. Bovendien biedt het concept van het nieuw ontwikkelde metasurface een basis voor toepassingen in bestuurbare laagdrempelige halfgeleiderlasers, fotokatalytische verbetering en kwantumcomputing.
Meer informatie:
Thomas Weber et al, Intrinsieke sterke licht-materie koppeling met zelf-gehybridiseerde gebonden toestanden in het continuüm in van der Waals metasurfaces, Natuur materialen(2023). DOI: 10.1038/s41563-023-01580-7
Tijdschrift informatie:
Natuur materialen
Aangeboden door de Ludwig Maximilian Universiteit van München