Wetenschappers van de Rijksuniversiteit Groningen gebruikten een zilveren zaagtand-nanospleet-array om bij kamertemperatuur vallei-coherente fotoluminescentie te produceren in tweedimensionale wolfraamdisulfidevlokken. Tot nu, dit kon alleen worden bereikt bij zeer lage temperaturen. Samenhangend licht kan worden gebruikt om informatie op te slaan of over te dragen in kwantumelektronica. Dit hybride apparaat met plasmon-exciton is veelbelovend voor gebruik in geïntegreerde nanofotonica (op licht gebaseerde elektronica). De resultaten zijn gepubliceerd in Natuurcommunicatie op 5 februari.

Wolfraamdisulfide heeft interessante elektronische eigenschappen en is verkrijgbaar als 2D-materiaal. "De elektronische structuur van monolaag wolfraamdisulfide toont twee sets van laagste energiepunten of valleien, " legt universitair hoofddocent Justin Ye uit, hoofd van de groep Device Physics of Complex Materials aan de Rijksuniversiteit Groningen. Een mogelijke toepassing is in fotonica, omdat het licht kan uitstralen met vallei-afhankelijke circulaire polarisatie - een nieuwe mate van vrijheid om informatie te manipuleren. Echter, valleytronics vereist coherent en gepolariseerd licht. Helaas, eerder werk toonde aan dat fotoluminescentiepolarisatie in wolfraamdisulfide bijna willekeurig is bij kamertemperatuur.

Valleien

"Tungsten disulfide is uniek omdat deze twee valleien niet identiek zijn, " zegt Ye. Dit betekent dat om lineair gepolariseerd licht te creëren, beide valleien moeten coherent reageren om licht in de fotoluminescentie te genereren. "Maar de intervalverstrooiing bij kamertemperatuur vernietigt grotendeels de samenhang, dus merkbare coherentie wordt alleen bereikt bij zeer lage temperaturen die dicht bij nul liggen."

Ye en zijn postdoctoraal onderzoeker Chunrui Han (nu werkzaam bij het Institute of Microelectronics, Chinese Academie van Wetenschappen) probeerde daarom een ​​andere benadering om lineair gepolariseerd licht te creëren door gebruik te maken van een plasmonisch meta-oppervlak, in de vorm van een zilveren zaagtand nanoslit array. Een dergelijk materiaal heeft een sterke wisselwerking met wolfraamdisulfide en kan door licht geïnduceerde resonantie in de vorm van een elektromagnetisch veld in het metaal overbrengen. "Het verbetert de interactie tussen licht en materiaal, " zegt Je.

Zilver

Door een dunne laag zilvermeta-oppervlak toe te voegen bovenop een monolaag van wolfraamdisulfide, lineaire polarisatie veroorzaakt door de valleicoherentie wordt verhoogd tot ongeveer 27 procent bij kamertemperatuur. "Deze prestatie bij kamertemperatuur is zelfs beter dan de polarisatie van de vallei die werd verkregen in veel eerdere rapporten, gemeten bij zeer lage temperaturen, " zegt Ye. De lineaire polarisatie kan verder worden verhoogd tot 80 procent door de anisotropie van plasmonische resonantie toe te voegen, in de vorm van het zaagtandpatroon, op de optische respons van het wolfraamdisulfide. Dit betekent dat Ye en Han nu lineair gepolariseerde fotoluminescentie in dit materiaal kunnen induceren.

Deze prestatie zal het mogelijk maken om zowel dalcoherentie van wolfraamdisulfide als plasmonische coherentie van meta-oppervlakken in opto-elektronica bij omgevingstemperaturen te gebruiken. De volgende stap is om het laserlicht dat fotoluminescentie veroorzaakte te vervangen door elektrische input.