【纳米】ACS Nano | 磁等离子体与激子相互作用的取向依赖研究
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以下文章来源于ACS材料X ，作者ACS Publications
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英文原题： Orientation-Dependent Interaction between the Magnetic Plasmons in Gold Nanocups and the Excitons in WS 2 Monolayer and Multilayer
通讯作者 ： 王建方，香港中文大学
作者 ： Ruoqi Ai ( 艾若奇 ) , Xinyue Xia ( 夏新月 ), Han Zhang ( 章瀚 ), Ka Kit Chui ( 徐家杰 ), Jianfang Wang ( 王建方 )
背景介绍
光与物质相互作用在很多领域都起到至关重要的作用。由于光波长和发射体尺寸不匹配导致一个处在自由空间的发射体很难与光子产生强耦合作用。利用局域表面等离子体共振可以将光局域到纳米级体积内，从而增强光与物质相互作用。强耦合为玻色 - 爱因斯坦凝聚、量子光电子学和量子霍尔效应等基础研究提供了可能性。二维过渡金属二硫化物由于奇异的光学特性和灵活的集成特性，成为一类有前景的发射体材料。当其层数减少到单层时，会变成直接带隙半导体，从而增强与光的相互作用。等离子纳米腔可以与过渡金属二硫化物单层中的激子相互作用，从而产生各种新的光学现象。
文章亮点
近日， 香港中文大学王建方教授 在 ACS Nano 上发表了金纳米杯中的磁等离子体与 WS 2 单层和多层中的激子之间的取向依赖相互作用的研究。 通过改变金纳米杯的朝向实现了金纳米杯的磁等离子体与 WS 2 激子之间的光谱重叠。开口朝下的金纳米杯与 WS 2 表面之间的电磁场增强使得其以与 WS 2 的激子产生强耦合。通过改变在 WS 2 单层上金纳米杯的朝向可以实现不同的共振耦合机制。控制金纳米杯的尺寸，可以使磁等离子体共振能量与 WS 2 的激子能量匹配，使得系统的劈裂能量高达 106meV 。还发现耦合强度可以被 WS 2 层数调制。此项研究提供了一个由单个金纳米杯和二维材料构建的简单系统来实现不同耦合机制。
图 1 . 金纳米杯 / WS 2 单层结构
图 2 . 金纳米 杯 / WS 2 单层结构中磁等离子体与激子相互作用
图 3 . 开口朝下金纳米杯 / WS 2 单层结构的共振耦合
图 4 . 开口朝下金纳米杯 / WS 2 单层、多层激子的共振耦合
总结/展望
基于金纳米杯和单层、多层 WS 2 的结构研究了磁等离子体与激子的相互作用，实验结果表明开口朝下的金纳米杯可以与 WS 2 的激子产生强耦合。随着 WS 2 层数的增加，金纳米杯 / 多层 WS 2 系统的耦合强度增加。本研究提供了一个由单个金纳米杯和二维材料组成的简单结构以实现不用的耦合机制。此外高度不对称的金纳米杯可以实现光弯曲并在增强二次谐波的产生，可预见金纳米杯可实现对二维材料激子的发射调控，并实现在光学、光电子学以及量子技术方面的应用。
相关论文发表在 ACS Nano 上，香港中文大学博士后艾若奇和博士研究生夏新月为文章的共同第一作者，王建方教授为通讯作者。
通讯作者信息：
王建方 教授
香港中文大学教授，物理系系主任。主要从事新型等离激元纳米粒子的合成、特性和应用；等离激元与二维激子的相互作用；以及等离激元光催化方面的研究。已发表论文 270 余篇，申请发明专利 10 余项，谷歌学术搜索 h 因子 92 。
链接： http://jfwang.nanoseedz.com/
出版信息：
ACS Nano 2023, ASAP
Publication Date: January 20, 2023
https://doi.org/10.1021/acsnano.2c09099
Copyright © 2023 American Chemical Society