二维材料集成于径向 van der Waals 异构结构亚表面
光学
2025-12-01 v1 介观与纳米尺度物理
材料科学
摘要
二维半导体材料，如单层过渡金属硫化物 (TMDC)，在室温下表现出强致发光特性，为探索纳米尺度光子系统中的光-物质相互作用提供了独特平台。本文演示了一种紧凑且全向入射光的光子亚表面结构，由六方氮化硼 (hBN) 制成，其基于径向常数值态 (BIC) 构成，后者由径向分布的结构非对称共振器对形成。亚表面结构采用多种对称性破缺扰动，以支持在小于 8 x 8 μm² 的面积内（相当于传统方法面积的六分之一）的高品质因子 (Q) 共振。与既有的 hBN 亚表面设计相比，径向几何结构实现了更高的 Q 因子且占用面积更小。通过将 hBN 光子结构与 WS₂ 单层集成，我们观察到在其共振谱线与激子共振重合时，其光致发光增强，并伴随离子角动量携带环形本征模的动量空间模式特征。这些特征在宽范围的激发功率下保持稳定，线宽 broadening 最小，表明其具有稳健的空间调制型激子-光子耦合。本工作建立了一种可扩展的方法，用于生成具有动量空间结构的混合光子-激子态，为二维材料平台上的激子局域化、谷 Valley 发射、可编程光-物质相互作用以及基于二维材料集成亚表面的紧凑型发光器件提供了新机遇。
引用
@article{arxiv.2511.22410,
title = {Integration of 2D Materials in Radial van der Waals Heterostructure Metasurfaces},
author = {Connor Heimig and Jonas Biechteler and Cristina Cruciano and Armando Genco and Thomas Weber and Michael Hirler and Dmytro Gryb and Alexander A. Antonov and Leonardo de S. Menezes and Gianluca Valentini and Cristian Manzoni and Giulio Cerullo and Stefan A. Maier and Luca Sortino and Andreas Tittl},
journal= {arXiv preprint arXiv:2511.22410},
year = {2025}
}