یک دی کلکوژناید فلز واسطه ی تک لایه بر روی فیلم نقره، بدون نیاز به نانوساختارها یا میکروکاواک ها، جفت شدگی قوی نور-ماده را به نمایش می گذارد.

ساختارهایی که جفت شدگی قوی نور-ماده را به نمایش می گذارند، می توانند ویژگی های اپتیکی خود را با قرار گرفتن تحت تابش تغییر دهند که کاربردهای بالقوه بسیاری را در نانوفوتونیک و اپتوالکترونیک عرضه می کند. در میان امیدوارکننده ترین مواد برای ایجاد این ساختارها، دی کلکوژنایدهای فلز واسطه ((TMD تک لایه بر روی یک فیلم (لایه) نقره هستند. به طور معمول، این ساختار ناهمگن در میان یک میکرو کاواک احاطه میشود که قدرت جفت شدگی را به بهای افزایش پیچیدگی ساخت، بالا می برد. میکروکاواک همچنین میتواند دسترسی به TMD برای دستکاری پس از ساخت را محدود کند. اکنون نیکولاس زُرن مورالز Nicolas Zorn Morales در دانشگاه هومبولت برلین و همکارانش نشان داده اند که جفت شدگی قوی نور-ماده میتواند حتی بدون چنین میکروکاواکی به دست آید[1] .

پژوهشگران ساختار خود را با استفاده از دی سولفید تنگستن تک لایه ی رشد یافته به روش رسوب دهی فیزیکی بخار (physical vapor deposition) ساختند. اغلب آزمایشها روی TMD ها، از پولک های ورقه شده از کریستالهای حجیم، استفاده کرده اند که نوعا کوچکتر از 100 میکرومتر مربع هستند. روش رسوب دهی بخار در مقابل، نمونه هایی در مقیاس سانتی متر را موجب می شود. گروه، کیفیت بالای این تک لایه وسیع را در حین انتقال آن به فیلم نقره حفظ کردند که استفاده از بیضی سنجی بازتاب داخلی کلی (total internal reflection ellipsometry-TIRE) را به منظور آزمودن جفت شدگی نور-ماده ممکن ساخت. TIRE که معمولا برای کاربردهای زیست حسگری استفاده میشود، شامل تاباندن نور بر نمونه و اندازه گیری دامنه و تغییرات فاز مربوط به بازتاب میشود. تغییر فاز مستقیما بین محدوده های جفت شدگی قوی و ضعیف تمایز ایجاد میکند در حالی که تکنیک های استفاده شده در مطالعات پیشین میتواند نتایج مبهم داشته باشد.

گروه، "مخلوط mixing" القا شده بین نور و ترازهای انرژی ماده را در نمونه های خود 26 میلی الکترون ولت اندازه گیری کردند (مقادیر بالاتر جفت شدگی قویتر نور-ماده را نشان میدهد). این قدرت جفت شدگی حدودا نصف آن چیزی است که برای دستگاه هایی که از میکروکاواک ها استفاده می کنند گزارش شده اما هنوز در محدوده جفت شدگی قوی است. پژوهشگران می گویند که دستگاه های بسیار قابل تنظیم و ساده آنها، سکویی جدید برای طراحی مدولاتورهای پلاسمونیک، سوئیچ ها و سنسورها فراهم می کنند.

1. N. Zorn Morales et al., “Strong coupling of monolayer WS₂ excitons and surface plasmon polaritons in a planar Ag/WS₂ hybrid structure,” Phys. Rev. B 108, 165426 (2023).

منبع:

Strong Light–Matter Coupling in the Simplest Geometry

ترجمه خبر: بهناز ساربانها