利用等离子体空心纳米腔调控单层MoS2中几何约束激子发射

对紧密相邻激子跃迁的光谱调控对于谷电子光子学、纳米级光源及波长编码传感至关重要。在单层二硫化钼(MoS2)中,A与B激子仅相隔数十毫电子伏特,这使得光谱工程既具有基础研究意义又面临技术挑战。该研究团队通过数值模拟研究了MoS2与垂直排列的中空金纳米柱腔阵列耦合时的等离激元增强激子发光现象,其中金属腔体通过介质间隔层与二维材料分隔。结合时域有限差分模拟与光致发光速率框架,该工作实现了对激发增强、辐射衰变调控、非辐射淬灭及激子电荷生成等过程的独立评估。通过调节纳米柱的长径比,局域表面等离激元共振可精准匹配A或B激子跃迁,同时间隔层厚度与折射率能调控近场限域效应和光学态局域密度。在优化条件下,激发速率增强达4.34倍,辐射衰变效率超过40倍,使A、B激子的光致发光强度分别提升143.85倍和87.27倍。该腔体结构还能重新分配激子峰相对强度,相较于裸MoS2,归一化激子峰强度比最高可达2.4倍。这些发现确立了中空等离激元纳米腔作为一种几何可调平台,可用于操控原子级薄层半导体中的激子发光与电荷生成过程。

作者单位: VIP可见
提交arXiv: 2026-03-08 17:02

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