Плазмон-екситонна взаємодія у перспективних гетеро-системах

Анотація

Поверхневі плазмони та екситони широко досліджені експериментально та теоретично для різних систем матеріалів, однак низка аспектів потребує подальшого глибшого вивчення та розуміння, серед яких зв’язок названих квазі-частинок посідає важливе місце. Нові фізичні ефекти виникають, коли плазмони та екситони у наноструктурах починають локалізовуватися на певних малих віддалях, внаслідок чого можна говорити про їхнє зв’язування. Складні системи, що містять збудження плазмонів та екситонів, а також їх взаємний зв'язок, демонструють цікаві оптичні властивості, які окремо вони проявляти не можуть. У такому типі взаємодії плазмон підсилює зв’язкок між системою та зовнішнім полем, а екситон контролює певні спектральні властивості, що відкриває нові можливості керування їхнім оптичним відгуком. Коли резонансна частота локалізованого плазмона дуже близька до частоти молекулярного енергетичного переходу, важливим фактором, що впливає на їхню взаємодію, стає обмінна енергія між плазмонами та екситонами. В залежності від співвідношення між силою зв'язку та втратами енергії окремими складниками в системі, може виникати два типи зв'язку – сильний та слабкий. На додаток до взаємного зв’язку між плазмоном і екситоном, їхня різна ширина ліній і здатність з’єднуватися із зовнішнім полем забезпечують різноманітні засоби для налаштування оптичних властивостей гібридних систем. Таким чином, це дозволяє точно керувати світлом у нанометровому масштабі, відкриваючи можливості для нових пристроїв електроніки та фотоніки. У даному огляді ми висвітлюємо особливості слабкого та сильного режимів плазмон-екситонного зв'язку, сучасні тенденції та перспективи в дослідженні гетеро-систем напівпровідник–метал, метал–2D-матеріал, напівпровідник–молекула тощо. Гібридні наноструктури напівпровідник-метал відкривають захоплюючі можливості для дослідження квантових явищ, оптичних процесів, багаточастинкових взаємодій та впевнено прямують до застосування у нових приладах фотоніки.