Transition metal dichalcogenide nanodisks as high-index dielectric Mie nanoresonators
单层过渡金属二硫属化物（TMDC）最近被提出作为一个独特的激子平台，先进的光学和电子功能。然而，尽管进行了大量的研究工作，但人们在很大程度上忽视了，除了显示出丰富的激子物理特性外，TMDC还具有非常高的折射率。这为利用这些材料构建基于亚波长几何模式的谐振纳米天线提供了可能性。在这里，我们表明，从剥离的多层WS $_2$制造的纳米盘支持不同的米氏共振和所谓的anapole状态，可以很容易地调谐在可见光和近红外光谱范围内的波长通过改变纳米盘的大小和纵横比。我们认为，TMDC材料的各向异性和激子的存在，大大丰富了纳米光子学的基础上等离子体和众所周知的高折射率材料，如硅的传统方法的补充。作为一个概念验证，我们展示了一种新的制度的光-物质相互作用，anapole激子极化激元，我们实现在一个单一的WS $_2$纳米盘。因此，我们的研究结果表明，纳米图案的TMDC是有前途的高折射率纳米光子学应用的材料，具有丰富的功能和优越的前景。
2018-12-10 physics.optics
High-efficiency and low-jitter Silicon single-photon avalanche diodes based on nanophotonic absorption enhancement
硅单光子雪崩二极管（SPAD）是在可见光和近红外范围内进行单光子探测的核心器件，在许多应用中得到了广泛的应用。然而，由于目前硅SPAD的结构设计和器件制造的限制，检测效率和定时抖动的关键参数往往被迫妥协。在这里，我们提出了一种纳米结构的硅SPAD，它实现了高检测效率，同时在很宽的光谱范围内具有出色的定时抖动。与传统的硅SPAD器件相比，光学和电学模拟显示出显着的性能增强。这种纳米结构的器件可以很容易地制造，因此非常适合于实际应用。
2015-05-06 cond-mat.mes-hall physics.ins-det physics.optics
Halide-Perovskite Resonant Nanophotonics
卤化物钙钛矿是近年来出现的一种在光电子学和光电子学中有广泛应用前景的材料。最近的研究表明，由于低成本的制造，高值的折射率，激子在室温下的存在，宽带带隙的可调谐性，高的光学增益和非线性响应，以及它们与其他类型的结构的集成的简单性，它们的光学性能先进的纳米光子器件的设计许多新的机会。本文综述了近年来纳米结构钙钛矿晶体光学效应的研究进展及其潜在应用。
2018-07-13 physics.app-ph physics.optics
Transition metal dichalcogenide nanospheres for high-refractive-index nanophotonics and biomedical theranostics
共振介电纳米结构领域的最新进展为在纳米尺度上聚集和操纵光以及建立全介电纳米光子学的新激发领域创造了诱人的机会。具有纳米图案化表面的过渡金属二硫属化物（TMDC）特别有希望用于这些任务。尽管如此，这些结构的制造需要复杂的光刻工艺，大大复杂的应用前景。为了弥合这一差距，拓宽TMDC纳米材料的应用范围，我们在这里报告飞秒激光烧蚀制造的水分散的球形TMDC（二硫化钼和WS 2）纳米粒子（NP）的可变尺寸（5 - 250 nm）。由于保留的晶体结构，这种纳米颗粒表现出从TMDC晶体继承的令人兴奋的光学和电子性质，这提供了明显的激子响应和高折射率值的独特组合，使得在纳米颗粒中电磁场的强集中成为可能。此外，由于米氏和激子共振之间的杂交，这种纳米颗粒提供额外的可调谐性。这些特性带来了许多重要的效应，包括增强的光吸收和光热转换。作为一个例子，我们证明了纳米粒子表现出非常强的光热响应，远远超过传统的基于Si的介电纳米谐振器。与其他介电共振结构相比，合成的TMDC纳米颗粒处于移动胶体状态并表现出优异的光学特性，为开发下一代纳米光子和纳米治疗诊断平台提供了机会，包括光热治疗和多模式生物成像。
2021-11-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Tunable plasmon-enhanced second-order optical nonlinearity in transition metal dichalcogenide nanotriangles
发展具有高非线性极化率的纳米材料是非线性纳米光子学的关键。我们发现，过渡金属-二硫属化物（TMD）纳米三角形有一个大的有效的二阶极化率[ $χ^{(2)}$ ]在中红外到近红外频率，由于其破缺的中心对称性。$χ^{(2)}$在考虑耗散和屏蔽的密度矩阵形式中计算。$χ^{(2)}$在双光子共振（由几何结构指定）和等离子体共振（通过载流子密度可调谐）附近具有峰值。对齐的共振产生高达$10^{-6}$ m/V的$χ^{(2)}$的值。这些发现强调了非线性纳米光子学，特别是二次谐波产生的TMD纳米三角形的潜力。
2021-03-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
A Comprehensive Survey on Nanophotonics Neural Networks
在过去的几年中，已经提出了基于纳米光子布置的神经形态电路的具体化，其包含完整的光学电路、激光器、光电检测器、光子晶体、光纤、扁平波导和纳米结构材料的其他无源光学元件，其消除了大数据组的同时处理的时间，利用量子的观点，从而大大增加当代智能计算系统的潜力。本文试图记录和研究有关纳米光子排列的神经网络的神经形态电路的开发和实现方法的研究。特别是，开发纳米光子神经形态处理器的方法的调查研究，他们的独创性在神经元的建筑结构，他们的训练方法和他们的优化已经实现了与特殊问题的研究，如光学激活函数和成本函数。
2021-10-30 cs.ET physics.optics
An inverse-designed nanophotonic interface for excitons in atomically thin materials
本研究以六方氮化硼为波导层结合光子逆向设计，构建对接二维材料的纳米光子平台，实现强激子-光子耦合与暗激子高效检测，为相关非线性光学应用铺路。
2023-08-25 physics.optics
Enhanced third harmonic response of the PtTe$_2$ transition metal dichalcogenide
University of L’Aquila（阿奎拉大学）；University of Rome Tor Vergata（罗马托尔维加塔大学）；INFN（意大利国家核物理研究所）；Max Planck Institute for the Structure and Dynamics of Matter (MPSD)（马克斯·普朗克物质结构与动力学研究所）；Center for Free-Electron Laser Science (CFEL)（自由电子激光科学中心）；Sapienza University of Rome（罗马第一大学）；CNR-SPIN（国家研究委员会自旋电子学研究所）
研究PtTe₂中类II狄拉克费米子的三阶谐波响应，发现锥体倾斜可增强非线性易感性，为纳米光子器件提供新思路。
2026-02-09 physics.optics
Nanophotonics for pair production
本文提出将纳米结构强局域光学近场与高能伽马射线结合，利用近阈值伽马射线与极化激元相互作用显著提高正负电子对产生截面，为可调谐脉冲正电子源开辟新途径。
2023-08-21 cond-mat.other physics.optics
Ultrahigh-efficiency second-harmonic generation in nanophotonic PPLN waveguides
周期性极化铌酸锂（PPLN）波导是高效波长转换的强大平台。然而，由于有限的非线性相互作用强度，传统的PPLN转换器通常需要长的器件长度和高泵浦功率。在这里，我们使用纳米结构的PPLN波导，以证明一个2600%/W-cm $^2$的二次谐波产生的1.5- $μ$ m的辐射，超过20倍，高于国家的最先进的扩散波导的效率。这是通过在4 $μ$ m的一阶极化周期下的亚波长光学限制和高保真周期性极化的组合来实现的。我们的高度集成PPLN波导是有前途的经典和量子光子系统的未来芯片级集成。
2018-09-24 physics.app-ph physics.optics
Combining ultrahigh index with exceptional nonlinearity in resonant transition metal dichalcogenide nanodisks
本研究利用3R相多层二硫化钼兼具超高折射率与强二阶非线性的特性，制备支持共振无辐射环形偶极态的纳米盘，实现超百倍二次谐波增强，为高折射率过渡金属二硫化物非线性与量子纳米光子学研究开辟新路径。
2023-08-22 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Hybridized exciton-polariton resonances in core-shell nanoparticles
纳米光子学的目标是在衍射极限以下的长度尺度上控制和操纵光。通常，纳米结构金属用于此目的，通过利用这种结构支持的表面等离子体激元来限制光。最近，激子（分子）材料已被确定为纳米光子学的替代候选材料。在这里，我们使用理论模型来探索如何通过适当的纳米结构实现表面激子极化激元的杂化。我们专注于在何种程度上的混合模式的频率可以转移相对于底层材料的共振。
2016-09-16 cond-mat.mes-hall physics.optics
Optical constants of several multilayer transition metal dichalcogenides measured by spectroscopic ellipsometry in the 300-1700 nm range: high-index, anisotropy, and hyperbolicity
过渡金属二硫属化合物（TMD）由于其特殊的光学和激子性质而引起人们的广泛关注。人们在20世纪60年代就已经认识到，并且最近重新发现，许多TMD具有高折射率和光学各向异性，这使得它们对纳米光子应用具有吸引力。然而，准确的分析和预测的纳米光学现象需要沿两个平面内和平面外的方向和在一个广泛的光谱范围内的介电常数的知识-信息，这往往是无法访问或不完整的。在这里，我们提出了一个实验研究的光学常数从几个剥离的TMD多层膜获得使用椭圆偏振光谱在300- 1700 nm的宽范围内。所研究的具体材料包括半导体WS $_2$、WSe $_2$、MoS $_2$，MoSe $_2$，MoTe $_2$，以及面内各向异性ReS $_2$，WTe $_2$和金属TaS $_2$，TaSe $_2$和NbSe $_2$。提取的参数表明高指数（$n$直到$\approx 4.84$的MoTe $_2$），显着的各向异性（$n_{\parallel}-n_{\perp} \approx 1.54$的MoTe $_2$），在近红外区域和低吸收。此外，金属TMD显示出组合的等离子体介电行为和双曲性的潜力，因为它们的等离子体频率取决于材料在大约$\sim$ 1000- 1300 nm处发生。这些材料的光学常数的知识打开了新的实验和计算的可能性，进一步发展全TMD纳米光子学。
2022-03-25 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Ultrabroadband nanocavity of hyperbolic phonon polaritons in 1D-like α-MoO3
声子极化激元在纳米结构材料中的利用为纳米光子应用提供了一条操纵红外（IR）光的途径。值得注意的是，极性二维晶体中的双曲声子极化激元（HP 2）已被用于证明强电磁场约束，超低群速度和长寿命（~高达8 ps）。在这里，我们提出了α相三氧化钼（α-MoO 3）的纳米带作为低维介质，支持HP 2模式在中红外和远红外范围。通过实空间纳米成像，与同步加速器和可调谐激光器提供的红外照明，我们观察到，这样的HP 2响应发生通过形成的法布里-珀罗共振。我们注意到一个各向异性的传播，这严重依赖于频率范围。我们的研究结果得到了实验、理论和数值模拟的一致支持。我们的工作表明，天然纳米结构晶体的低维度，如α-MoO 3纳米带，提供了一个有吸引力的平台来研究极化激元光-物质相互作用，并提供了吸引人的腔特性，可以在未来的紧凑型纳米光子器件设计中加以利用。
2021-05-03 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
High-precision local transfer of van der Waals materials on nanophotonic structures
在密集的纳米光子器件上的范德华材料的原型需要高精度的单层鉴别，以避免散装材料污染。我们使用聚碳酸酯的玻璃化转变温度，在标准的干转移过程中使用，绘制一个原位点，用于精确拾取二维材料。我们将过渡金属二硫属化物单层转移到大面积氮化硅螺旋波导和氮化硅环形谐振器上，以证明改进的干转移方法的高精度无污染性。我们改进的本地传输技术是一个必要的步骤，确定性集成高品质的范德华材料到纳米腔的探索少光子非线性光学的高通量，纳米制造兼容的平台。
2020-03-09 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.optics
Generation of Schubert polynomial series by nanophotonics
基于物理过程的不规则时间序列的生成是计算和人工智能中不可缺少的一部分。在这份报告中，我们提出并实验证明了舒伯特多项式的产生，这是数学中的通用排列的基础，通过引入二芳基乙烯的光致变色晶体中的光学近场过程，光致变色单晶表面上的光学近场激发产生一个链的局部光致异构化，在晶体的相对侧形成复杂的图案。入射光子穿过纳米结构的光致变色晶体，并且光子的出射位置表现出多功能图案。我们实验产生舒伯特矩阵，对应于舒伯特多项式，通过光学近场密度映射。所生成的图案的通用性和相关性可以通过调整光子检测灵敏度以软或硬的方式重新配置。这是首次通过物理过程或纳米光子学研究舒伯特多项式生成，为未来的纳米级智能设备和系统铺平了道路。
2019-07-12 math-ph math.MP physics.app-ph
Angle-resolved cathodoluminescence imaging polarimetry
阴极发光光谱（CL）可以表征块体和纳米结构材料的光发射，是从材料科学到纳米光子学等领域的关键工具。以前，CL测量集中在发射的光谱内容和角分布，而偏振没有完全确定。在这里，我们展示了一种技术来访问的阴极射线发光的发射，即斯托克斯参数作为发射角的函数的完整的偏振态。使用这种技术，我们测量金属靶心纳米结构的发射，并表明，该结构的手性以及激发位置的纳米级变化引起偏振椭圆度和螺旋度的大的变化。此外，通过利用偏振测量的能力，以区分偏振从非偏振光，我们量化的贡献不同类型的相干和非相干辐射的发射的金表面，硅和砷化镓块状半导体。这项技术为深入分析纳米结构器件以及宏观介质的发射机制铺平了道路。
2015-10-27 physics.optics
Tunable Resonant Metasurfaces Empowered by Atomically Thin Semiconductors
本研究将原子级薄过渡金属二硫属化物与高折射率介电超表面结合，利用激子态对载流子密度的依赖实现电压调谐的反射率与偏振响应，为光学模拟计算和神经形态电路提供可调时变平台。
2025-09-25 physics.optics
Theoretical and computational analysis of second- and third-harmonic generation in periodically patterned graphene and transition-metal dichalcogenide monolayers
二维（2D）材料（如石墨烯和过渡金属二硫属化物（TMDC）单层）的显着光学和电学性质为新型和改进的光电纳米器件提供了巨大的技术潜力，其中许多依赖于这些2D材料中的非线性光学效应。本文介绍了一种高效、准确地描述纳米结构二维材料中线性和非线性光学效应的数值方法，该方法嵌入包含规则三维（3D）光学材料的周期性光子结构中，如衍射光栅和周期性超材料。所提出的方法建立在严格的耦合波分析，并通过修改的电磁边界条件的二维材料的非线性光学响应。这使得一个减少的数学框架的数值方法的非均匀散射矩阵形式主义，这使得它更准确和有效的比以前使用的方法。概述了石墨烯和TMDC单层的线性和非线性光学性质，并对相应的光谱的各种特征进行了数值研究和讨论。为了说明我们的数值方法的多功能性，我们用它来调查的线性和非线性多共振光学响应的2D-3D异质材料增强和可调谐的二次和三次谐波产生。特别是，通过采用光学耦合到图案化的平板波导的结构化的2D材料，我们研究了与周期性图案化的平板波导的引导模式相关联的几何共振与2D材料的等离子体激元或激子共振之间的相互作用。
2016-05-03 physics.optics
Realization of Z$_2$ topological photonic insulators made from multilayer transition metal dichalcogenides
University of Sheffield（谢菲尔德大学）；University of York（约克大学）
本研究利用多层WS₂的优异光学与加工特性，制备出拓扑自旋霍尔光子晶格，验证了近红外光子带隙与畴界单向传播特性，为层状材料基纳米光子器件研究开辟新路径。
2024-07-08 cond-mat.mes-hall physics.optics
Threshold and laser-conversion in nanostructured-resonator parametric oscillators
本文研究纳米光子谐振腔中OPO激光转换的阈值与效率问题，提出内壁纳米结构调制实现通用相位匹配，建立解析模型并通过片上实验实现41%转换效率，指出接近单位效率的可行路径。
2023-05-25 nlin.PS physics.app-ph physics.optics
Strong photoluminescence enhancement in indirect bandgap MoSe$_2$ nanophotonic resonator
过渡金属二硫属化合物（TMDs）由于其独特的光学性质，在新一代光电子学和纳米光子学领域具有广阔的应用前景。然而，与直接带隙TMD单层相反，体样品具有间接带隙，这限制了它们作为光发射体的应用。另一方面，这些材料的高折射率似乎是创造具有强Purcell效应的高质量纳米光子谐振器的理想选择。在这项工作中，我们制造回音壁模式（WGM）谐振器从散装（即，间接带隙）MoSe $_2$的光学特性。显微光致发光（$μ$ -PL）的调查显示，WGM光谱的谐振器与原始薄片相比，增强因子为100。散射实验和建模也证实了观察到的光谱的WGM性质。PL的温度依赖性揭示了两个组件的光致发光。第一种随温度降低而淬灭，第二种则不淬灭，并成为主导。因此，这表明谐振器放大直接和温度激活的间接PL。因此，在这里，我们展示了新的方法来制造纳米光子谐振器从体TMD和获得PL从间接带隙材料。我们相信，所提出的方法和结构在纳米光子学中有很大的前景。
2022-09-04 cond-mat.mes-hall physics.optics
All van der Waals Integrated Nanophotonics
集成光学是从遥感和通信到计算和量子信息处理的广泛系统的核心。对更小和更节能结构的需求刺激了对更先进材料平台的探索。在这里，我们提出了一个概念的所有范德华光子学，在那里我们表明，电子散装过渡金属二硫属化物（TMDC）半导体很好地适合于设计的关键光学元件的纳米级和集成光子学。具体来说，我们从理论上证明，由于近红外和电信频段的低光损耗和高折射率，由块状TMDC制成的组件可能会优于由传统3D半导体制成的组件，如Si和III/Vs。我们讨论了几个关键的量子和经典光学组件，并表明块状TMDC可能为更小的占地面积器件铺平道路，更节能的电光调制器和更强的量子光-材料相互作用。增强的光学性能，易于集成，以及广泛的材料选择表明，散装TMDC可以补充，并有可能取代现有的集成光子系统。
2020-09-17 physics.app-ph physics.optics
A general framework for scintillation in nanophotonics
高能粒子对材料的轰击（例如，电子、原子核、X射线和$γ$射线光子）经常导致光发射，通常称为闪烁。闪烁现象在医学成像、X射线无损检测、夜视、电子显微镜、高能粒子探测器等领域有着广泛的应用。大量的研究集中在寻找新的材料优化更明亮，更快，更可控的闪烁。在这里，我们开发了一种完全不同的方法，该方法基于将纳米光子结构集成到发光器中以增强其发射。首先，我们开发了一个统一的和从头算理论的纳米光子闪烁器，占闪烁的关键方面：由高能粒子的能量损失，以及在任意纳米结构的光学系统中的非平衡电子的光发射。这个理论框架使我们能够，第一次，实验证明几乎一个数量级的增强闪烁，在电子诱导的，和X射线诱导的闪烁。我们的理论还允许发现最终可以实现几个数量级的闪烁增强的结构。这里显示的框架和结果应该能够开发出一类新的更亮，更快，更高分辨率的消色差器，具有定制和优化的性能-具有许多使用消色差器的潜在应用。
2021-10-21 hep-ex physics.app-ph physics.ins-det
Wide-bandgap optical materials for high-harmonics generation at the nanoscale
本研究通过第一性原理模拟探究纳米级高次谐波产生的材料平台，发现宽禁带半导体AlN、SiN比硅更适合产生极紫外光，且AlN中晶体对称性与光参数的相互作用可同时产生奇偶次谐波，助力相关技术发展。
2024-02-01 physics.optics
Probing the temperature dependence of dielectric function of ternary transition metal dichalcogenides: towards thermo-driven ultrathin photonic components
Yerevan State University（埃里温国立大学）；National University of Singapore（新加坡国立大学）
研究探索三元过渡金属二硫属化物介电函数温度依赖性，通过对MoSSe和WSSe在特定光谱区域与温度窗口研究，揭示介电响应规律，利用其光学色散设计近红外光子透镜，为热驱动光电器件创建提供关键见解。
2026-07-23 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Cloaked near-field probe for non-invasive near-field optical microscopy
近场扫描光学显微镜是一种在衍射极限以下成像的强大技术，已广泛应用于生物医学成像和纳米光子学。然而，当被测量的电磁场被强烈地限制时，它们可以被近场探针本身的存在严重扰动。在这里，从散射抵消隐身斗篷，惠更斯-克尔散射体，和隐形传感器的灵感，我们设计和制造的近场探测器。我们表明，通过适当的纳米结构的探针，其电和磁的极化率可以控制和平衡。因此，探测器引起的扰动可以在很大程度上被抑制，有效地掩盖了近场探测器，而不妨碍其测量能力。我们通过比较传统和纳米结构探针与具有代表性的纳米光子结构，即一维光子晶体腔的相互作用，实验证明了隐身效果。我们的研究结果表明，通过设计探针的结构，可以系统地控制其对样品的共振场的反作用，并且在探针-样品距离为100 nm时，使用我们的大多数改进的探针可以将扰动减少>70%，并且对于最佳探针可以减少多达一个数量级。我们的工作为经典和量子纳米系统的非侵入近场光学显微镜铺平了道路。
2022-01-02 physics.optics
Twisted Nanotubes of Transition Metal Dichalcogenides with Split Optical Modes for Tunable Radiated Light Resonators
由过渡金属二硫属化物（TMDC）如MoS $_2$组成的合成微米和纳米管在纳米光子学中的许多应用中是有前途的，因为它们结合了发射强激子发光的能力和甚至在室温下充当回音壁微腔的能力。除了空心圆柱形的管子外，还有一类被广泛研究的扭曲管子，它的扁平截面沿管子轴线旋转。如理论分析所示，在这样的纳米管中，在截面的相对侧处激发的电磁波的相互作用可以引起回音壁模式的分裂。通过研究沿单个MoS $_2$管测量的显微光致发光光谱，已经建立的分裂值，控制分裂模式的能量，指数依赖于截面的纵横比，这在“呼吸”管中变化，而成对模式的相对强度由截面的旋转角确定。这些结果开辟了创建多功能管状TMDC纳米器件的可能性，这些纳米器件在可调频率下提供自发光的共振放大。
2022-12-09 cond-mat.mes-hall physics.optics
Ultrathin 3R-MoS$_2$ metasurfaces with atomically precise edges for efficient nonlinear nanophotonics
该研究利用自上而下光刻与各向异性湿法刻蚀制备具有原子级精确边缘的超薄3R-MoS$_2$三角形纳米孔超表面，并通过q-BIC实现SHG超三个数量级增强。
2024-10-28 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Antimony for broadband nanophotonics across the ultraviolet, visible and infrared
Instituto de Óptica, CSIC（西班牙科学研究中心光学研究所）；McMaster University（麦克马斯特大学）；Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid (ICMM), CSIC（西班牙科学研究中心马德里材料科学研究所）
本文首次精确测量锑纳米薄膜在紫外至远红外的宽谱介电函数，发现巨带间跃迁主导响应，并展示可调谐等离激元和介电共振，为宽带纳米光子器件提供新路径。
2026-09-11 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Transition Metal Dichalcogenides Multijunction Solar Cells Toward the Multicolor Limit
Korea University（韩国大学）
研究提出多结光伏器件的统一热力学框架，分析带隙窗口对效率的限制，并通过实验确定多结TMD器件的效率上限。
2026-05-01 physics.optics
Interface second harmonic generation enhancement in hetero-bilayer van der Waals nanoantennas
本研究在WS₂/MoS₂异质双层薄膜界面实现二次谐波产生，并通过激子共振与环偶极子条件在天线中增强信号达百倍，展示了范德华材料在非线性纳米光子学中的潜力。
2024-11-09 cond-mat.mes-hall physics.optics
Low-loss integrated nanophotonic circuits with layered semiconductor materials
具有直接带隙的单层过渡金属二硫属化物是微电子学、纳米光子学和光电子学的新兴候选者。这些半导体材料转移到光子集成电路（PIC）上，使新型发光二极管、调制器和光电探测器成为可能，这些材料可以进行晶圆级制造。对于集成光子器件，PIC的光损耗是关键的。与硅相比，氮化硅（Si 3 N4）已成为一种低损耗集成平台，具有从紫外到中红外的宽透明窗口，并且在电信波段没有双光子吸收。此外，由于它的高克尔非线性和高功率处理能力，它适用于非线性集成光子学。Si 3 N4的这些特征本质上有利于纳米光子学和光电子学应用。在这里，我们报告了一个低损耗的集成平台，将单层二碲化钼（1 L-MoTe 2）与氮化硅光子微谐振器。我们表明，与1 L-MoTe 2，微谐振器品质因数超过300万，在电信O波段到E波段保持。我们进一步研究了由于1 L-MoTe 2的存在而引起的微谐振腔色散和谐振位移的变化，并外推了由1 L-MoTe 2在电信频带中引入的激子过渡区之外的光损耗。我们的工作为具有分层半导体的低损耗混合PIC迈出了关键一步，而无需使用异构晶圆键合。
2020-10-15 physics.app-ph physics.optics
Beam Routing through Excitons in Transition Metal Dichalcogenide Monolayers
University of Southern Denmark（南丹麦大学）；Aristotle University of Thessaloniki（塞萨洛尼基亚里士多德大学）；National Institute for Materials Science（国立材料研究所）
本研究利用低温角分辨阴极发光光谱，发现过渡金属二硫化物单层的暗激子可产生定向发射，无需额外纳米结构即可实现纳米尺度光路由，为紧凑光子架构提供了新平台。
2026-08-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Morphology-induced spectral modification of self-assembled WS2 pyramids
二维过渡金属二硫属化合物（2D-TMDs）由于其独特的光学性质，包括稳定的手性激子，在纳米光子学领域有着广阔的应用前景。化学气相沉积（CVD）技术提供了一个平台，以制造和设计具有不同几何形状的纳米结构。然而，生长的纳米几何学越奇特，对其光学响应的了解就越少。WS 2纳米结构的几何形状范围从单层到中空金字塔已被创建。空心金字塔表现出强烈减少的光致发光相对于水平分层的二硫化钨，促进其清晰的拉曼信号的研究更详细。在共振激发下，空心金字塔呈现出大量的高阶声子共振。与单层膜相比，金字塔的光学响应的光谱特征是位置相关的。峰强度、峰比和光谱峰位置的差异揭示了中空金字塔坑和侧面原子排列的局部变化。空心WS 2金字塔的位置相关的光学响应的特征在于，并归因于生长诱导的纳米几何。因此，第一步是朝着生产可调纳米光子器件，应用范围从光电子到非线性光学。
2021-11-10 physics.optics
Enhanced Light-Matter Interaction in Two-Dimensional Transition Metal Dichalcogenides
二维（2D）过渡金属二硫属化物（TMDC）材料，例如MoS2、WS2、MoSe2和WSe2，由于其非凡的物理性质，在过去十年中受到广泛关注。这些独特的性质使其成为各种电子、光子和光电子器件的理想材料。然而，由于它们原子级薄的形状因子，它们的性能受到相对较弱的光-物质相互作用的限制。共振纳米光子结构提供了一种可行的方法来解决这个问题，并增强2D TMDC中的光-物质相互作用。在这里，我们提供了这个研究领域的概述，展示相关的应用，包括奇异的光发射，吸收和散射功能。首先介绍了1L-TMDC中激子的概念和腔增强发光的基本理论，然后讨论了腔增强发光、强耦合和谷电子学的最新进展。1L-TMDC的原子薄性质使得能够通过多种方式来调节其电学和光学性质。因此，我们继续通过审查的进展，TMDC为基础的可调光子器件。接下来，我们调查的最新进展，增强光吸收在窄和宽的带宽使用1L或少层TMDC，和它们的应用程序的光电转换器和光电探测器。我们还回顾了工程光散射的最新努力，例如，诱导Fano共振，通过集成共振结构（例如等离子体/Mie共振超颖表面）或直接图案化单层/少层TMDC在1L或少层TMDC中进行波前工程。然后，我们概述了不同类型的范德华异质结构的有趣的物理特性，以及它们在光电和光子器件中的应用。最后，我们得出我们的意见，在这个快速发展的研究领域的潜在机遇和挑战。
2021-03-20 cond-mat.mes-hall physics.optics
Directional emission from WS2 monolayer coupled to plasmonic Nanowire-on-Mirror Cavity
通过将二维过渡金属二硫族化物耦合到等离子体纳米腔中来影响二维过渡金属二硫族化物激子发射特性的光谱和方向特性已经成为二维材料纳米光子学的重要前景。在本文中，我们实验研究了定向光致发光发射二硫化钨（WS 2）单层夹在单晶等离子体银纳米线（AgNW）波导和金（Au）镜，从而形成一个AgNW-WS 2-Au腔。通过采用偏振分辨傅立叶平面光学显微镜，我们量化的AgNW-WS 2-Au腔的远端的定向发射特性。考虑到我们的几何形状同时有利于局部场增强和波导能力，我们设想其在基于2D材料的片上纳米光子信号处理中的实用性，包括非线性和量子光学制度。
2021-03-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft physics.app-ph
Mirror-Coupled Microsphere can narrow the Angular distribution of Photoluminescence from WS2 Monolayers
工程光学发射从二维，过渡金属二硫属化物（TMD）材料，如二硫化钨（WS 2）在创建和理解纳米光子源的影响。控制来自2D材料的光发射的挑战之一是使用简单的光子几何结构来实现窄角展度。在本文中，我们研究了如何控制单层WS 2的光致发光耦合到薄膜耦合微球介质天线时。具体而言，通过采用傅立叶平面显微镜和光谱技术，我们量化的波矢量分布在动量空间。结果表明，WS 2光致发光的发散角为θ1/2 = 4.6°。此外，实验测量得到了三维数值模拟的支持。我们设想，所讨论的结果可以推广到各种纳米光子2D材料，并可以利用非线性和量子技术。
2022-06-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Metasurface Integrated Monolayer Exciton Polariton
单层过渡金属二硫属化物（TMD）是第一个真正的二维（2D）半导体，提供了一个很好的平台，研究光与物质的相互作用在2D极限。除了基本的科学探索，这种材料系统由于其独特的光电特性，在纳米光子器件领域引起了积极的研究兴趣。单层TMD中固有的强激子响应可以通过利用纳米光子结构中光的时间限制来进一步增强。介电超颖表面就是这样一种二维纳米光子结构，最近已经证明了其强大的潜力，不仅可以简化现有的光学元件，而且可以创建全新的设计光学器件。除了无源光学元件，研究人员现在正在探索使用新兴材料的有源超颖表面，以及超颖表面的效用，以增强光与物质的相互作用。在这里，我们展示了一个2D激子极化激元系统，通过强耦合原子薄二硒化钨（WSe 2）单层的氮化硅（SiN）超颖表面。通过能量-动量谱的WSe 2-metasurface系统，我们观察到的极化激元色散的反射和光致发光光谱的特征反交叉。拉比分裂的18毫电子伏，观察匹配以及与我们的数值模拟。纳米图案化超颖表面的衍射效应也导致高度定向的极化激元发射。最后，我们证明了拉比分裂，极化激元色散和远场发射模式可以通过亚波长尺度的光学亚原子工程来定制。因此，我们的平台打开了大门，为未来发展的新颖的，异国情调的激子极化激元器件的先进的元光学工程。
2020-04-14 physics.app-ph physics.optics
Silicon metasurfaces for third harmonic geometric phase manipulation and multiplexed holography
非线性波前控制是利用超颖表面实现非线性光学应用的关键要求。非线性频率转换和波前控制的许多方面已经被证明用于等离子体超颖表面。然而，一些缺点限制了它们在非线性纳米光子学中的应用，包括高耗散损耗和低光学损伤阈值。相比之下，已经表明，由高折射率金属构成的超表面可以提供强的非线性响应。尽管最近在使用全介电纳米结构和超颖表面的非线性光学过程中取得了进展，但在直接利用生成过程实现完全波前控制方面取得的进展要少得多。在这里，我们展示了非线性波前控制的三次谐波产生与硅超颖表面。我们使用Pancharatnam-Berry相位方法对纳米结构硅超颖表面上的相位梯度和全息图像进行编码。实验证明了偏振相关的波前控制和编码全息图在三次谐波波长下的高保真再现。此外，我们表明，全息复用是可能的，通过利用三次谐波产生的偏振态。我们的方法简化了设计和制造过程，并铺平了道路，以一个易于使用的工具箱，非线性光学波前控制与全介质超颖表面。
2020-04-08 physics.optics
Hybrid Au-Si microspheres produced by laser ablation in liquid (LAL) for temperature-feedback optical nano-sensing and anti-counterfeit labeling
由不同成分组成的杂化纳米材料的最新进展允许改进用于光电子学、催化、医学诊断和传感的新型器件的性能和功能。然而，在单个混合纳米结构$via$中合理组合诸如贵金属和半导体的对比材料（即用型和无光刻的制造方法）仍然是一个长期的挑战。在这里，我们报告的两步合成的Au-Si微球产生的激光烧蚀的硅在异丙醇中，然后由激光照射产生的Si纳米粒子在HAuCl $_4$的存在下。[AuCl $_4$] $^-$物质热还原为金属金相，以及随后在激光照射下与硅混合，产生了具有独特组成和形态的纳米结构材料，其通过电子显微镜、断层扫描和元素分析揭示。在单个微球内组合诸如金和硅的基本等离子体和纳米光子材料允许有效的光热转换，以及具有温度反馈模态和扩展功能的单粒子SERS感测。此外，特征拉曼信号和热电子诱导的非线性光致发光共存的Au-Si杂化材料，以及通常批评的随机性的激光烧蚀制备的纳米材料在液体中，被证明是有用的实现基于物理不可克隆功能的方法的防伪标签。
2022-04-04 physics.optics
Anapole states and scattering deflection effects in anisotropic van der Waals nanoparticles
过渡金属二硫属化合物（TMDC）属于范德华材料，是一种很有前途的光电子和光子学材料。特别是，他们的巨大的光学各向异性，可以使重要的光学效果时，在纳米结构中采用有限的厚度。在本文中，我们从理论上和数值计算研究从各向异性的二硫化钼纳米圆柱体的光散射行为，并突出其独特的功能，优于传统的硅颗粒的响应相同的形状。我们建立了两个显着的现象，出现在相同的二硫化钼粒子与优化的几何形状。第一种是与电偶极回复态激发有关的纯磁偶极散射。以前只报道了核壳混合（金属/电介质）系统，现在在全电介质颗粒中证明了这一点。第二种现象是在远场的超偏转：最大散射可能发生在很宽的方向范围内，包括前向，后向和侧向散射取决于MoS 2纳米柱和入射波的相互取向。与众所周知的Kerker和anti-Kerker效应（出现在不同频率的纳米粒子中）相反，超偏转可以通过以恒定频率的入射光旋转粒子来实现。我们的研究结果促进了功能光学器件的发展，将纳米结构的各向异性TMDC，并可能鼓励进一步研究基于高度各向异性材料的超光学。
2022-03-25 physics.optics
Individual Nanostructures in an Epsilon-Near-Zero Material Probed with 3D-Sculpted Light
该研究结合实验与数值模拟，利用三维结构光束探测 ENZ 材料中单个纳米结构的光学响应，揭示其偏振可控的近场增强机制及超快纳米开关潜力。
2024-09-09 physics.optics
All-optical reversible manipulation of exciton and trion emissions in monolayer WS2
过渡金属二硫属化合物（TMD）是一种新型的直接带隙半导体材料，在光电子器件中具有广阔的应用前景。为了提高性能，最近的研究已经系统地集中在他们的光学性能的调谐。然而，具有可逆特征的全光学方法仍然是一个挑战。在这里，我们证明了通过激光照射单层WS2的光致发光（PL）特性的可调谐性。利用不同的激光功率密度，实现了对发光强度的调制，以及中性激子和带电三电子之间的转换。我们将这种可逆的操作归因于激光辅助气体分子的吸附和脱附，这将耗尽或释放WS2表面的自由电子，从而改变其PL特性。这种全光学操作，具有可逆性，定量控制和高空间分辨率的优点，表明有前途的应用程序的TMD单分子膜在光电和纳米光子应用，如光学数据存储，微图案化和显示。
2019-11-29 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Room-temperature Continuous-wave Lasing from Monolayer Molybdenum Ditelluride with a Silicon Nanobeam Cavity
单层过渡金属二硫属化物（TMD）提供了最有效的光学增益材料，并有可能使纳米激光器具有最小的增益介质和最低的能量消耗。但是基于TMD的激光演示到目前为止仅限于低温。在这里，我们展示了第一个室温下的激光操作在红外波长从一个单层的硅光子晶体纳米束腔的二碲化钼。我们的演示是通过一个独特的选择TMD材料与硅吸收以下的发射波长，结合高Q腔设计的硅纳米梁。在1132 nm的激光表现出在室温下泵浦的连续波激光，阈值密度为6.6 W/cm 2。0.202 nm的室温线宽是最窄的，相应的Q值为5603，这是TMD激光器观察到的最大值。该演示确立了TMD作为实用的纳米激光材料。硅结构为重要红外波长中的硅兼容纳米光子应用提供了额外的益处。
2017-01-27 cond-mat.mes-hall physics.optics
Machine Learning-Based Optimization of Chiral Photonic Nanostructures: Evolution- and Neural Network-Based Design
手征光子学开辟了新的途径来操纵光-物质相互作用，并通过纳米结构化非平凡图案来定制超表面和材料的光学响应。物质的手征性（如分子的手征性）和光的手征性（在最简单的情况下由圆偏振的手征性给出）在化学、纳米光子学和光学信息处理中的应用引起了广泛的关注。我们报告的手性光子结构的设计，使用两种机器学习方法，进化算法和神经网络的方法，快速，有效地优化介电超颖表面的光学特性。在过渡金属二硫属化物激子共振范围内获得的可见光的设计配方显示出反射光的圆偏振度的频率依赖性修改，其由左圆偏振强度和右圆偏振强度之间的差表示。我们的研究结果表明，采用二硫化钨作为可能的活性材料，如谷霍尔效应和光学谷相干性的功能，手性敏感的光-物质耦合方案的光学纳米图案化反射器的简便制造和表征。
2021-11-11 physics.app-ph physics.optics stat.ML
Enhancement of Second Harmonic Generation in Monolayer WS2 by Feedback-Based Wavefront Shaping
本文首次将基于反馈的波前整形用于单层 WS2，通过相位调制形成局域强光并使二次谐波转换效率最高增强 41 倍，还可在晶界处激发可观测信号。
2025-02-18 physics.optics
