利用具有共振模式的类光栅结构实现二维激子定向扩散的方法技术

本发明专利技术公开了一种利用具有共振模式的类光栅结构实现二维激子定向扩散的方法，通过将单层过渡金属硫族化合物(MTMDs)转移到精确设计的亚波长光栅结构上，利用亚波长光栅结构的不均匀支撑为MTMDs引入一维周期性应变，从而形成一维周期性的激子势场，使二维激子沿对应的周期性激子势场通道定向扩散，同时亚波长光栅结构具有的共振模式可以增强激子发射强度和提升激子密度，进一步增强激子扩散的各向异性。该方法极大地提升了MTMDs中激子扩散的各向异性，同时提高了发光效率，降低了能量消耗，而且结构简单，成本低，对于基于激子操作的器件设计具有指导意义，在信息探测、传输、处理、储存等方面具有广阔的市场前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及二维激子定向扩散的实现方法，具体涉及一种利用类光栅结构使二维过渡金属硫族化合物的激子定向扩散的方法，可以对基于激子操作的器件运用进行指导。

技术介绍

1、传统的电子器件以载流子作为信息传输、处理和储存的载体，由于电子弹道输运速度极限的存在，其响应速度受到限制。光子器件的响应速度尽管远超电子器件，但由于光学衍射极限的存在，其集成度无法达到电子器件的级别。而激子作为一种可以被光子激发，可以发射光子，也可以转化为载流子的准粒子，有望作为光子和载流子的转化媒介，制成同时结合光子器件高响应率和电子器件高集成度的激子器件。但是激子作为电子和空穴受库伦束缚形成的电子-空穴对，一般显电中性，无法同电子一样利用电场直接输运，也无法同光子一样在空间或波导中以光速传播，因此激子的集体输运主要通过扩散来进行。然而，在各向同性的材料中激子的扩散也是各向同性的，这会导致特定方向上激子的扩散效率被降低，因此如何实现激子的定向扩散非常重要。

2、单层过渡金属硫族化合物(monolayer transition metal dichalcogenides，简称mt本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种实现单层过渡金属硫族化合物的二维激子定向扩散的方法，通过制备具有共振模式的类光栅-MTMDs复合结构来实现，所述类光栅-MTMDs复合结构包括依次层叠的衬底层、反射层、绝缘隔离层、亚波长光栅层和MTMDs层，其中MTMDs是单层过渡金属硫族化合物的简称；所述亚波长光栅层具有多条带平行排列而成的亚波长光栅结构，位于其上的MTMDs因受到不均匀支撑而形成周期性的应变场，能带结构发生改变，形成与应变场对应的激子势场，激子沿势场通道方向的扩散得到增强，而垂直通道方向的扩散则被减弱，从而实现二维激子的定向扩散；同时，所述亚波长光栅层具有和MTMDs的激子发射能量共振的光学模式，通过Purc...

【技术特征摘要】

1.一种实现单层过渡金属硫族化合物的二维激子定向扩散的方法，通过制备具有共振模式的类光栅-mtmds复合结构来实现，所述类光栅-mtmds复合结构包括依次层叠的衬底层、反射层、绝缘隔离层、亚波长光栅层和mtmds层，其中mtmds是单层过渡金属硫族化合物的简称；所述亚波长光栅层具有多条带平行排列而成的亚波长光栅结构，位于其上的mtmds因受到不均匀支撑而形成周期性的应变场，能带结构发生改变，形成与应变场对应的激子势场，激子沿势场通道方向的扩散得到增强，而垂直通道方向的扩散则被减弱，从而实现二维激子的定向扩散；同时，所述亚波长光栅层具有和mtmds的激子发射能量共振的光学模式，通过purcell效应增强激子发射，提升激子密度，进一步增强二维激子的定向扩散。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，通过有限时域差分方法进行数值模拟，对所述亚波长光栅层的结构进行精确设计，获得和所述单层过渡金属硫化物的激子发射能量共振的光学模式。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述衬底层采用表面平整的硬质材料；所述反射层是由光反射能力强的金属材料制成的高反射金属层，在高反射金属层和衬底层之间是为高反射金属层提供附着力的金属附着层。

4.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述绝缘隔离层采用能为亚波长光栅层提供附着力的透明绝缘材料，厚度为5～15nm。

5.如权利要求4的方法，其特征在于，所述亚波长光栅层为绝...

【专利技术属性】
技术研发人员：方哲宇，戴宇琛，刘冬林，陶广益，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：