二维 HfSe2 与 ZrSe2 上的局域表面等离激元共振

HfSe2 和 ZrSe2 是新发现的二维（2D）半导体性过渡金属硫族化合物（TMDs），在未来纳电子与光电子领域具有良好特性。我们从理论上揭示了这两种新兴二维半导体的电子与光学性质，并评估了它们在极端条件下用于局域表面等离激元共振（LSPR）的性能：面内方向对比面外方向、单层对比多层。首先，采用含范德瓦耳斯（vdW）修正的 Kohn-Sham 密度泛函理论（KS-DFT）计算了单层与多层结构的能带结构与介电常数。单层能带结构中观察到的平行能带效应表明存在强光—物质相互作用。随后，基于所计算的介电常数，利用 Mie 理论定量表征了由 Au 球纳米颗粒（NPs）激发的 LSPR 性能，包括极化率、散射与吸收截面以及辐射效率。对于多层 HfSe2 和 ZrSe2，LSPR 在面内与面外方向均表现出非常接近的强度，暗示一种类各向同性的光—物质相互作用。相比之下，单层 HfSe2 和 ZrSe2 上的 LSPR 在面内方向清晰可见，但因独特的各向异性本质而在面外方向被有效抑制。除这一随层数增加而出现的非凡各向异性—各向同性转变外，还发现了 LSPR 波长的红移。我们的工作预示了新兴二维半导体 HfSe2 和 ZrSe2 上厚度依赖的各向异性光—物质相互作用，其在传感与能量转换等广泛光电子应用中具巨大潜力。