探测激子极化激元在超薄范德华微晶中的光传播

激子极化激元是一种准粒子,过渡金属二硫族化合物材料即使在室温下也能支持传播激子极化子,是非常好的纳米光子学研究平台.已有研究表明,通过散射型扫描近场光学显微镜可以对过渡金属二硫族化合物薄片中激子极化激元进行实空间探测,但波导厚度仅限于低至30 nm.本文采用三种不同波长的入射光(1550和1064 nm的近红外以及633 nm的可见光),通过基于原子力显微镜的散射型扫描近场光学显微镜测量,探测到MoS2和WSe2薄片中激子极化子普通横电模式的纳米光学成像.在厚度分别低至~3 nm(相当于4原子层)和~8 nm(相当于12原子层)的超薄MoS2和WSe2薄片上,可以清楚地观察到干涉条纹图案,大大打破了之前的测量厚度限制.当厚度接近几个原子层时,波矢量始终保持在1.6k0~1.7k0左右,而不是理论预言的1k0.这些模式的特性表明,体系是由近乎悬浮的过渡金属二硫族化合物薄片的三层对称波导构成,其对激子极性子的传播产生限域效应.研究结果为探索基于超薄过渡金属二硫族化合物材料的近红外区极化器件提供了深入的理解和开辟了新的途径.