InfoMat:微纳光学结构增强二维材料中的光与物质相互作用

以石墨烯、过渡金属硫属化合物、黑磷等为代表的层状二维材料在光电子器件领域有广阔的应用前景。二维材料具有可调能带结构、全界面特性、良好的机械性能等独特性质,使得二维材料器件与基于块体材料的传统器件相比具有其独特的优势。然而,二维材料的原子级厚度使得材料中光与物质相互作用的有效范围非常窄小,限制了光电子器件的性能。近年来,研究者发现二维材料可以有效地与多种微纳光学结构耦合,以此来增强材料中的光与物质相互作用。

有鉴于此,香港中文大学电子工程系许建斌教授团队的陶立博士、陈泽锋博士及合作者在InfoMat上发表了题为“Enhancing light-matter interaction in 2D materials by optical micro/nano architectures for high-performance optoelectronic devices”的综述评论。文章首先介绍了常见二维材料的基本光电子学特性,然后讨论了多种常用微纳光学结构的基本原理,包括表面等离激元结构、光学波导结构、光学微腔结构和反射式光学结构单元。这些微纳光学结构单元可以有效地限域电磁场分布、控制光波传播途径,并且通过结构单元设计可以实现对特定波长的光波进行调控。因此,在二维材料-微纳光学结构混合集成体系中,光与物质相互作用强度可以得到大幅度提升。文章进而讨论了这种混合集成体系在多种典型光电子器件中的应用,其中包括光电探测器、电-光调制器、发光器件以及分子传感器件等。最后,该综述对微纳光学结构增强的二维材料光电子器件进行了总结和展望,指出现阶段面临的技术挑战以及可能的解决思路,为设计高性能固态光电子器件提供了参考。

该工作发表在InfoMat(DOI: 10.1002/inf2.12148)上。