蘇州納米所張興旺團(tuán)隊(duì)Nano Lett.:二維半導(dǎo)體納米空隙諧振發(fā)光器件研究獲進(jìn)展
隨著高分辨率、高亮度發(fā)光顯示技術(shù)需求的日益增長(zhǎng),推動(dòng)發(fā)光器件尺寸邁向微米甚至納米級(jí)已成為迫切需求。二維半導(dǎo)體作為極具潛力的納米發(fā)光材料,雖擁有優(yōu)異的激子發(fā)光特性,卻因其原子級(jí)厚度導(dǎo)致光與物質(zhì)相互作用極弱,發(fā)光效率受限。傳統(tǒng)上通過集成金屬或介質(zhì)納米結(jié)構(gòu)來增強(qiáng)發(fā)光的方法,往往面臨器件尺寸過大、視場(chǎng)角太小或引入界面缺陷、介電屏蔽效應(yīng)等問題,嚴(yán)重制約了發(fā)光性能。
針對(duì)上述問題,中國(guó)科學(xué)院蘇州納米所張興旺團(tuán)隊(duì)通過對(duì)單層二硫化鎢與硅基納米米氏空隙(Mie Void)諧振腔的集成,成功構(gòu)建出一種新型二維半導(dǎo)體納米激子發(fā)光器件。該結(jié)構(gòu)利用納米空隙諧振腔中局域化的空氣模式,有效隔絕了周圍高折射率材料引起的色散與損耗。同時(shí),二維半導(dǎo)體在納米空隙上方處于懸空狀態(tài),從根本上解決了界面接觸導(dǎo)致的發(fā)光抑制難題。此外,納米空隙諧振腔中形成的強(qiáng)局域電場(chǎng)能夠與懸空的二維半導(dǎo)體高效耦合,從而將激子發(fā)光強(qiáng)度提升了兩個(gè)量級(jí),并顯著增大了發(fā)光角度范圍。最終在實(shí)驗(yàn)上實(shí)現(xiàn)了高分辨率、寬視場(chǎng)的發(fā)光顯示器件,有望推動(dòng)基于二維半導(dǎo)體的納米發(fā)光顯示技術(shù)的發(fā)展。
該工作以?Mie-Void-Enabled WS2?Excitonic Emitters with Nanoscale Footprints為題發(fā)表在Nano Letters上。中國(guó)科學(xué)院蘇州納米所博士生廖銀昌為該論文的第一作者,張興旺研究員為論文通訊作者。該研究獲得了國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、江蘇省科學(xué)技術(shù)廳和蘇州市科學(xué)技術(shù)局等項(xiàng)目的支持,同時(shí)也得到了中國(guó)科學(xué)院蘇州納米所納米真空互聯(lián)實(shí)驗(yàn)站(Nano-X)、納米加工平臺(tái)的支持。

圖1. 基于硅基納米空隙諧振腔的二維半導(dǎo)體納米激子光源
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