[發明專利]雙根納米天線間隙腔定向增強MoS2的熒光發射方法

有效

• 申請號: 202110520477.2
• 申請日: 2021-05-13
• 公開（公告）號: CN113265238B
• 公開（公告）日: 2022-09-27
• 發明（設計）人: 王培杰;尤卿章;李澤;張利勝;方炎
• 申請（專利權）人: 首都師范大學
• 主分類號: C09K11/02
• 分類號: C09K11/02;C09K11/68;G02B5/00;B22F1/062;B22F9/24;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 北京八月瓜知識產權代理有限公司 11543
• 代理人: 李斌

本發明提供了一種雙根納米天線間隙腔定向增強MoS2的熒光發射方法，所述方法包括分別制備銀納米線和載有單層二硫化鉬的硅片襯底；之后將銀納米線滴在載有單層二硫化鉬的硅片襯底上；然后選取帶有雙根納米天線的二硫化鉬即可。本發明提供的方法一方面二硫化鉬薄膜發出的光可以被納米天線定向散射，避免了非定向發射造成的損耗；另一方面利用雙根納米線間隙可以將激發光高度局域，激發間隙等離子體，間隙等離子體衰減時，可以釋放其它波長的光，匹配二硫化鉬的熒光峰位置，通過珀塞爾效應極大增強二硫化鉬的熒光。

技術領域

本發明涉及半導體材料領域，尤其是涉及一種雙根納米天線間隙腔定向增強MoS2的熒光發射方法。

背景技術

近年來過渡金屬硫族化合物二維半導體材料的研究受到外界廣泛的關注。這些二維材料有共同的特點，面內存在著較強的共價鍵相互作用，面與面之間靠弱的范德瓦斯力連接，因此優點可以制備出原子厚度級別的單層膜。隨之過渡金屬硫族化合物原子薄膜作為一種研究激子-等離子體耦合的新體系正在興起，單層MoS2在可見光波段表現出熒光(PL)作為其直接帶隙。與零、一維發射體相比，單層沒有層間相互作用，表現出了極大的靈活性和功能性。然而，由于MoS2的亞納米厚度，單層MoS2吸收較低，導致低熒光(PL)收率。為了增強單層MoS2的發射，新加坡南洋理工大學Xing Yi Ling教授課題組利用單個Ag納米天線演示了對單層MoS2的局域熒光(PL)操縱。采用不同形貌的銀納米天線控制銀的局域表面等離子體激元與MoS2帶隙之間的光譜重疊實現了單層二硫化鉬的熒光(PL)從減弱發射到增強發射的變化。由于單層二硫化鉬材料屬于各向同性類似于偶極子發射，裸露的單層二硫化鉬薄層熒光發射方向是非定發射的，如何將二硫化鉬的熒光發射實現定向發射有其重要的意義。由于發射方向依賴于電磁環境，因此通過改變光子環境控制發射方向。N.F.VANHULST等人通過單分子與光學單極子天線的可逆耦合實驗證明了對單個分子發射方向的控制。展示了耦合系統的角發射是如何由主天線模式決定的，即天線設計與分子取向無關。這一結果也揭示了等離子體振子模式在發射過程中的作用。在2018年美國斯坦福大學Geballe先進材料實驗室Brongersma課題組用修正后的Mie散射理論和實驗來演示利用發射偶極子與硅納米線的光學共振的相干耦合來控制方向性、偏振態和光譜發射的幾種途徑。實驗結果表明，介質天線可以有效地降低從量子發射器到高折射率襯底的非期望發射。利用直觀的解析模型，將傳統的Mie理論推廣到利用電偶極子源來解釋觀測到的多極方向性，以上兩研究都是以單根納米線為核心來實現對光發射方向的控制。

因此，如何降低單根納米線非定向發射造成的損耗，并提高二硫化鉬的發射效率，成為人們亟待解決的問題。

發明內容

本發明的目的在于提供一種雙根納米天線間隙腔定向增強MoS2的熒光發射方法，以解決現有技術中如何降低單根納米線非定向發射造成的損耗，并提高二硫化鉬發射效率的問題。

為了實現上述目的，本發明實施例提供如下技術方案：

根據本發明實施例的第一方面，提供一種雙根納米天線間隙腔定向增強MoS2的熒光發射方法，包括分別制備銀納米線和載有單層二硫化鉬的硅片襯底；之后將銀納米線滴在載有單層二硫化鉬的硅片襯底上；然后選取帶有雙根納米天線的二硫化鉬即可。

進一步的，所述單層二硫化鉬的制備方法，包括以下步驟：

(1)從樣品盒中取出二硫化鉬塊體材料，用鑷子固定二硫化鉬塊體材料一邊，將其置于膠帶帶有粘性一面的表面中心處，然后以樣品為中心多次對折；

(2)取另一條膠帶，將膠帶粘性面與步驟(1)多次對折后粘有二硫化鉬的膠帶面粘貼在一起，然后將其分開，反復進行3-5次以此獲得單層及少數層二硫化鉬；