【儀表網 研發快訊】光與物質的相互作用是光子器件發展的基石。由于光與物質之間的耦合具有偏振敏感性，偏振選擇性可以為光與物質相互作用提供新的自由度。原子層級的二維過渡金屬硫化物(TMD)由于具有室溫穩定的激子效應，目前已成為研究光與物質相互作用的理想材料平臺。在弱耦合范疇，單層TMD與各向異性人工納米結構集成可以通過近場耦合實現激子發光增強(Purcell effect)；在強耦合范疇，當光子與激子之間的相干能量交換速率超過它們自身的衰減速率時，激子與光子的耦合形成一種半物質、半光子的準粒子-激子極化激元。此外，在低對稱性光子晶體納米結構中，由于對稱性的降低，在動量空間會產生拓撲偏振奇點，這為光場的偏振調控提供了一條新的途徑。當前針對偏振奇點與物質相互作用的研究主要集中在弱耦合范疇，而偏振奇點與物質的強相互作用規律尚有待探索。
 

　　為此，中國科學院蘇州納米所張興旺團隊基于少層二硫化鎢與氮化硅光子晶體納米結構的異質集成，實現了偏振依賴的室溫激子極化激元。通過調控光子晶體納米結構的對稱性，可在動量空間產生包括渦旋偏振奇點(V point)和圓偏振態(C point)在內的拓撲偏振奇點(圖1)。而拓撲偏振奇點與少層二硫化鎢中的激子諧振產生強耦合，形成偏振依賴的激子極化激元。在實驗中，可在動量-能量色散圖中觀察到明顯的拉比劈裂現象，證實了激子極化的產生(圖2)。并且由于偏振奇點對特定偏振的遠場耦合抑制特性，激子極化激元具有明顯的偏振依賴性(圖2)。該工作在理論和實驗上證明了低對稱性光子晶體納米結構中的偏振奇點在偏振激子極化激元的產生和遠場耦合調控的可行性，為偏振相關的光與物質相互作用提供了新的研究平臺。
 

圖1. 低對稱性光子晶體納米結構中的偏振奇點演化
 

圖2. 二硫化鎢與低對稱性光子晶體納米結構的強耦合
 

　　該研究成果以 Polarization-Controlled Exciton-Polaritons in WS2 Strongly Coupled with Low-Symmetry Photonic Crystal Nanostructures為題發表在Nano letters上。中國科學院蘇州納米所博士生王櫟灃、碩士黃迪為論文的共同第一作者，張興旺研究員為論文的通訊作者。研究獲得了國家重點研發計劃、國家自然科學基金、蘇州市科學技術局和江蘇省科技廳的支持，同時也得到了中國科學院蘇州納米所納米真空互聯實驗站(Nano-X)、納米加工平臺的支持。