Des scientifiques de l'Université de Groningue ont utilisé un réseau de nanofentes en dents de scie en argent pour produire une photoluminescence cohérente avec la vallée dans des flocons de bisulfure de tungstène bidimensionnels à température ambiante. Jusqu'à maintenant, ceci ne pouvait être réalisé qu'à des températures très basses. La lumière cohérente peut être utilisée pour stocker ou transférer des informations en électronique quantique. Ce dispositif hybride plasmon-exciton est prometteur pour une utilisation en nanophotonique intégrée (électronique basée sur la lumière). Les résultats ont été publiés dans Communication Nature le 5 février.

Le disulfure de tungstène a des propriétés électroniques intéressantes et est disponible en tant que matériau 2-D. "La structure électronique du disulfure de tungstène monocouche montre deux ensembles de points ou de vallées les plus énergétiques, " explique le professeur agrégé Justin Ye, chef du groupe Device Physics of Complex Materials à l'Université de Groningue. Une application possible est en photonique, car il peut émettre de la lumière avec une polarisation circulaire dépendante de la vallée, un nouveau degré de liberté pour manipuler l'information. Cependant, Valleytronics nécessite une lumière cohérente et polarisée. Malheureusement, des travaux antérieurs ont montré que la polarisation de la photoluminescence dans le disulfure de tungstène est presque aléatoire à température ambiante.

Vallées

"Le disulfure de tungstène est unique en ce que ces deux vallées ne sont pas identiques, " dit Ye. Cela signifie que pour créer une lumière polarisée linéairement, les deux vallées doivent répondre de manière cohérente pour générer de la lumière dans la photoluminescence. "Mais la diffusion par intervalles à température ambiante détruit en grande partie la cohérence, donc une cohérence appréciable n'est obtenue qu'à des températures très basses, proches de zéro."

Ye et son chercheur postdoctoral Chunrui Han (travaillant maintenant à l'Institut de microélectronique, Académie chinoise des sciences) a donc essayé une approche différente pour créer une lumière polarisée linéairement en utilisant une métasurface plasmonique, sous la forme d'un réseau de nanofentes en dents de scie en argent. Un tel matériau interagit fortement avec le disulfure de tungstène et peut transférer la résonance induite par la lumière sous la forme d'un champ électromagnétique dans le métal. "Il améliore l'interaction lumière-matière, " dit Ye.

Argent

En ajoutant une fine couche de métasurface d'argent au-dessus d'une monocouche de disulfure de tungstène, la polarisation linéaire induite par la cohérence de la vallée est augmentée à environ 27 % à température ambiante. "Cette performance à température ambiante est encore meilleure que la polarisation de vallée obtenue dans de nombreux rapports précédents mesurée à très basse température, " dit Ye. La polarisation linéaire pourrait être encore augmentée à 80 pour cent en ajoutant l'anisotropie de la résonance plasmonique, sous la forme du motif en dents de scie, à la réponse optique du disulfure de tungstène. Cela signifie que Ye et Han sont maintenant capables d'induire une photoluminescence polarisée linéairement dans ce matériau.

Cette réalisation permettra d'utiliser à la fois la cohérence vallée du disulfure de tungstène et la cohérence plasmonique des métasurfaces en optoélectronique à température ambiante. L'étape suivante consiste à remplacer la lumière laser qui a induit la photoluminescence par une entrée électrique.