隨著半導體先進制程逼近摩爾定律的極限，光電器件的尺寸到達納米量級，傳統(tǒng)的理論在逐步失效，而小尺寸器件中的新機理逐漸成為器件性能提升的機遇。能谷是半導體材料能帶的極值點，通過調節(jié)激發(fā)的電子-空穴對（即激子）在不同能谷中的分布，可以像調節(jié)電荷正負或自旋上下等自由度一樣編輯或儲存信息，且多自由度可并行復用，因此提高了光電子器件單位面積的處理效率。在過渡金屬硫化物（TMDC）中，能谷可以通過光學方式選擇性調控，但受光學衍射極限影響，該方法無法實現(xiàn)納米尺度的精確調控。論文首次利用表面等離激元干涉場的激勵方式，在基于化學方法合成的單晶金微米板等離激元異質結構波導中實現(xiàn)了對局域激子態(tài)納米尺度的可控調節(jié)。通過構筑納米級周期性點陣光源，利用其激發(fā)置于納米微腔中的TMDC材料，通過相位延遲調節(jié)微腔中的SPI模式，實現(xiàn)材料中激子谷自由度的任意調控和編碼。這種激勵方式具有更緊湊的光斑體積和更豐富的模式選擇性，并可用于陣列器件的并行調制中。
此項工作揭示了表面等離激元干涉場模式與能谷激子態(tài)的耦合機理，突破了光學衍射極限的限制，為在納米尺度實現(xiàn)能谷激子量子態(tài)的調控提供了理論與實驗基礎。有望建立小型化、集成化的全光能谷器件平臺，未來可應用于光子集成芯片技術、智能量子信息調控、納米顯微操控、光量子信息存儲等領域。該論文的理論和實驗工作均在東南大學完成，電子科學與工程學院顯示中心博士生周桓立為第一作者，張彤教授為通訊作者。該研究得到了國家自然基金面上項目、國家重點研發(fā)計劃“信息光子技術”重點專項等的資助。
源文鏈接：https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.2c01442
