【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】光與物質(zhì)的相互作用是光子器件發(fā)展的基石。由于光與物質(zhì)之間的耦合具有偏振敏感性，偏振選擇性可以為光與物質(zhì)相互作用提供新的自由度。原子層級的二維過渡金屬硫化物(TMD)由于具有室溫穩(wěn)定的激子效應(yīng)，目前已成為研究光與物質(zhì)相互作用的理想材料平臺。在弱耦合范疇，單層TMD與各向異性人工納米結(jié)構(gòu)集成可以通過近場耦合實現(xiàn)激子發(fā)光增強(Purcell effect)；在強耦合范疇，當(dāng)光子與激子之間的相干能量交換速率超過它們自身的衰減速率時，激子與光子的耦合形成一種半物質(zhì)、半光子的準(zhǔn)粒子-激子極化激元。此外，在低對稱性光子晶體納米結(jié)構(gòu)中，由于對稱性的降低，在動量空間會產(chǎn)生拓?fù)淦衿纥c，這為光場的偏振調(diào)控提供了一條新的途徑。當(dāng)前針對偏振奇點與物質(zhì)相互作用的研究主要集中在弱耦合范疇，而偏振奇點與物質(zhì)的強相互作用規(guī)律尚有待探索。
 

　　為此，中國科學(xué)院蘇州納米所張興旺團(tuán)隊基于少層二硫化鎢與氮化硅光子晶體納米結(jié)構(gòu)的異質(zhì)集成，實現(xiàn)了偏振依賴的室溫激子極化激元。通過調(diào)控光子晶體納米結(jié)構(gòu)的對稱性，可在動量空間產(chǎn)生包括渦旋偏振奇點(V point)和圓偏振態(tài)(C point)在內(nèi)的拓?fù)淦衿纥c(圖1)。而拓?fù)淦衿纥c與少層二硫化鎢中的激子諧振產(chǎn)生強耦合，形成偏振依賴的激子極化激元。在實驗中，可在動量-能量色散圖中觀察到明顯的拉比劈裂現(xiàn)象，證實了激子極化的產(chǎn)生(圖2)。并且由于偏振奇點對特定偏振的遠(yuǎn)場耦合抑制特性，激子極化激元具有明顯的偏振依賴性(圖2)。該工作在理論和實驗上證明了低對稱性光子晶體納米結(jié)構(gòu)中的偏振奇點在偏振激子極化激元的產(chǎn)生和遠(yuǎn)場耦合調(diào)控的可行性，為偏振相關(guān)的光與物質(zhì)相互作用提供了新的研究平臺。
 

圖1. 低對稱性光子晶體納米結(jié)構(gòu)中的偏振奇點演化
 

圖2. 二硫化鎢與低對稱性光子晶體納米結(jié)構(gòu)的強耦合
 

　　該研究成果以 Polarization-Controlled Exciton-Polaritons in WS2 Strongly Coupled with Low-Symmetry Photonic Crystal Nanostructures為題發(fā)表在Nano letters上。中國科學(xué)院蘇州納米所博士生王櫟灃、碩士黃迪為論文的共同第一作者，張興旺研究員為論文的通訊作者。研究獲得了國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金、蘇州市科學(xué)技術(shù)局和江蘇省科技廳的支持，同時也得到了中國科學(xué)院蘇州納米所納米真空互聯(lián)實驗站(Nano-X)、納米加工平臺的支持。