Enhanced Light Emission from Monolayer MoS<sub>2</sub> by Doubly Resonant Spherical Si Nanoantennas
Enhanced Light Emission from Monolayer MoS<sub>2</sub> by Doubly Resonant Spherical Si Nanoantennas
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双谐振球形硅纳米天线增强单层 MoS<sub>2</sub> 的光发射
DOI：
10.1021/acsphotonics.2c00142
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发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
7
通讯作者：
Fujii Minoru
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Shinomiya Hiroto;Sugimoto Hiroshi;Hinamoto Tatsuki;Lee Yan Joe;Brongersma Mark L.;Fujii Minoru
光学天线提供了一个强有力的工具，以控制本地的光子环境，并提高从二维过渡金属二硫属化物的光发射。具有多极Mie共振的介电纳米天线为实现吸收和发射过程的同时增强带来了独特的优势。在这里，我们实现了强烈的修改单层MoS2的光致发光（PL）行为的球形纳米粒子（NP）的晶体硅（Si），作为一个双共振纳米天线。从理论计算的面内偶极子放置在不同尺寸的Si NP纳米天线下，我们探索双共振的最佳条件。然后，我们开发了一个异质结构组成的Si NP和单层MoS2片具有可比的直径和调查的散射，PL，PL激发光谱在很宽的Si NP尺寸范围。我们发现，光谱形状显着修改和PL强度增强到10倍，由于耦合的激发过程的磁四极共振和发射过程的磁偶极共振。
Optical antennas provide a powerful tool to control local photonic environments and enhance light emission from two-dimensional transition-metal dichalcogenides. Dielectric nanoantennas with multipolar Mie resonances bring unique advantages for achieving simultaneous enhancement of the absorption and emission processes. Here, we achieve a strong modification of the photoluminescence (PL) behavior of monolayer MoS2by a spherical nanoparticle (NP) of crystalline silicon (Si) that works as a double resonance nanoantenna. From theoretical calculations for in-plane dipoles placed beneath a Si NP nanoantenna with different sizes, we explore optimal conditions for the double resonances. Then, we develop a heterostructure composed of a Si NP and a monolayer MoS2sheet with a comparable diameter and investigate the scattering, PL, and PL excitation spectra across a wide Si NP size range. We show that the spectral shape is significantly modified and PL intensity is enhanced up to ∼10-fold due to the coupling of the excitation process to the magnetic quadrupole resonance and the emission process to the magnetic dipole resonance.
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