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光与物质的相互作用一直以来都是备受关注的研究领域之一。二维直接带隙的过渡金属硫族化合物(TMDs)正成为继Ⅲ-Ⅴ族和Ⅱ-Ⅵ族半导体后研究激子与光子相互作用及其耦合器件的新一代发光材料体系。技术上，选择将单层TMDs嵌入平面微腔，形成一种光与物质作用系统，可揭示腔光子、激子和激子极化激元相关的有趣物理现象，如弱耦合下珀塞尔效应和强耦合下激子极化激元形成等。通常平板微腔对纵向光场约束很强，而对横向光场的约束相对有限，为了增强自发辐射耦合并实现单模发射源，控制其横模分布非常必要。
针对以上问题，西北工业大学黄维院士团队尚景智教授课题组与武汉大学于霆教授团队合作，聚焦二维半导体微腔发射器中横模的控制，将等边三角形的单层二硫化钨嵌入半腔长法布里-珀罗微腔中，观察到具有离散能量的横模分布，通过减少发光介质的面积，实现了单模占主导的光发射。具体地，空间分辨荧光成像表现出旋转对称的模式分布，这是由于单层发光介质边界与周围腔体材料形成闭合的三角形波导，其中面内全反射引起了横模的局域化分布。同时，由于横向光学限制效应，中心发射模在波长可比的尺寸上表现出明显的依赖性特征。随着尺寸减小，模式数量减少，光子能量蓝移，线宽变窄，发射强度增加。该工作实现了对二维半导体面内波导效应的控制，为后续开发横模可控的实用二维半导体光发射器铺垫了基础。
相关成果以“Localization of Laterally Confined Modes in a 2D Semiconductor Microcavity”为题，发表在《美国化学会纳米》(ACS Nano)上，原文链接如下：https://doi.org/10.1021/acsnano.2c00914。
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