國立陽明交通大學與日本物質材料研究機構之國際研究合作:室溫下激子-極化子的耦合系統中探討光激發電荷的轉移

A+ A- go back

當系統中的能量交換速率超過共振腔以及發射器的損耗時,就會發生強耦合,在實現強耦合後,由於能量差異而引發的兩個極化子態分裂,形成新的一個混合本徵態。隨著元件尺寸的縮小以及奈米光學應用的需求,單層二維二硫化鉬(MoS2),目前有機會成為單個發射器的最佳候選材料來實現激子-極化子的耦合系統,然而,對於耦合系統中的電荷轉移的研究較少尤其是在室溫下操作,因此,我們在這項研究中,使用開爾文探針力顯微鏡(KPFM)表面電位的奈米成像技術,對二維單層MoS2 與一維電漿子奈米溝槽陣列組成的混合系統中,探討光激發載子的流動,我們這項研究對於開發金屬-二維半導體異質元件奠定重要的基礎。

 
圖1室溫下探討激子與極化子耦合的混合系統中的電荷流動示意圖

在科技部的「優秀年輕學者計畫」以及科技部與日本物質・材料研究機構(NIMS)雙邊協議擴充加值國際合作研究計畫以及教育部學海築夢計畫的支持下,由交通大學光電學院影像與生醫光電所陳國平副教授研究團隊與日本國立開發法人物質材料研究機構(National Institute for Materials Science, NIMS) 石井智(Ishii, Satoshi)博士以及長尾忠昭(Nagao, Tadaaki)博士研究團隊合作,成功在室溫下探討並且定量分析在激子與極化子耦合的混合系統中電荷變化。此研究由光電學院博士候選人余閩紋同學透過教育部學海築夢計畫前往日本國立開發法人物質材料研究機構進行訪問研究,進行實驗與模擬計算分析,其研究成果已發表於四月號npj 2D Materials and Applications期刊(IF = 9.38, 應用hj物理類期刊Ranking : 15th/155)。此研究將繼續開發二維材料光積體電路,由電漿子增強二維半導體螢光作為光源並耦合至二維材料光電偵測器,將光訊號轉成電訊號,將成為體積最小的光積體電路,期許未來可以對於量子光學以及奈米光電的發展有所助益。

 
圖2 (上) 博士候選人余閩紋在日本物質材料機構的奈米光電工程組進行訪問研究。(下)國立陽明交通大學研究小組拜訪日本物質材料機構。

參考文獻:
1.    Min-Wen Yu, Satoshi Ishii, Shisheng Li, Ji-Ren Ku, Jhen-Hong Yang, Kuan-Lin Su, Takaaki Taniguchi, Tadaaki Nagao, and Kuo-Ping-Chen, “Quantifying photoinduced carriers transport in exciton–polariton coupling of MoS2 monolayers.” npj 2D Materials and Applications, 5, 1-7 (2021).
2.    Min-Wen Yu, Satoshi Ishii, Satish Laxman Shinde, Nicholaus Kevin Tanjaya, Kuo-Ping Chen, and Tadaaki Nagao. "Direct Observation of Photoinduced Charge Separation at Transition-Metal Nitride–Semiconductor Interfaces." ACS Applied Materials & Interfaces, 12, 50, 56562–56567 (2020).

研究成果聯絡人
陳國平副教授
國立陽明交通大學 影像與生醫光電所
聯絡電話(公):06-3032121 #57824
電子郵件信箱:kpchen@nycu.edu.tw; kpchen@g2.nctu.edu.tw

回上ㄧ頁