光學調控等離子激元激子相互作用研究獲進展

近日，華南師范大學信息光電子科技學院教授蘭勝課題組在光學調控介電-金屬復合納米腔與單層二維材料強耦合的研究中取得重要進展。相關研究發表于ACS Nano。博士生劉詩媚和碩士畢業生鄧富（現為香港科技大學博士生）為該論文共同第一作者，蘭勝教授為通訊作者，華南師范大學為第一完成單位。

等離子激元-激子的強耦合在納米光子學、等離子激元光子學和量子電動力學中具有潛在的應用前景。介電-金屬復合納米腔具有較強的電場增強，較小的模式體積和較小的歐姆損耗，而二維材料通常具有很強的吸收和較大的電偶極距。等離子激元-激子耦合強度的動態調控（特別是利用光學方法）目前仍然是該研究方向的一大挑戰。

在該項研究中，蘭勝課題組創新性地提出并驗證了利用連續激光激發介電-二維材料-金屬復合納米腔的方法來引入和調控等離子激元-激子-三子（plasmon?exciton?trion）的耦合強度。該納米腔由硅（Si）納米顆粒和金（Au）膜組成，其中嵌入了單層二硫化鎢（WS2）。他們利用復合納米腔在激光激發下的散射光譜和熒光光譜來表征由不同尺寸Si納米顆粒構建的Si/WS2/Au復合納米腔中等離子激元與激子和三子之間的耦合強度。通過488-nm激光照射將激子和三子注入單層WS2，從而引入并調控等離子激元-激子和等離子激元-三子的耦合強度。

該研究的創新成果包括：一是，納米腔中激子和三子的發射強度相對于參考單層WS2的發射強度可以通過耦合強度的變化來調控；二是，通過簡單地增加激光功率可以調控等離子激元與激子（三子）之間的耦合從弱耦合進入強耦合，并且在Si/WS2/Au復合納米腔的散射光譜中可以清晰地觀察到；三是，激子和三子之間的能量交換進一步證明了激光誘導的等離子激元-激子-三子的耦合。

該研究成果證實了光學調控等離子激元-激子相互作用的可能性，為介電-金屬復合納米腔在納米尺度等離子激元器件中的實際應用奠定了基礎。