Advanced Functional Materials:表面等离激元与激子的相互作用——自发辐射和强耦合

金属纳米结构支持表面等离激元(surface plasmons)模式,可以增强局域电磁场,增大局域光学态密度,实现突破衍射极限的光场操控。在等离激元纳米结构和量子发光体(quantum emitters)的耦合体系中,一方面,等离激元纳米结构可以增大激子的发光强度和跃迁速率,调控其发射特性,在发光器件、单光子源、高分辨成像、传感探测等领域具有重要的应用前景。另一方面,当表面等离激元与激子的耦合强度足够大,超过两者的平均损耗时,会形成表面等离激元-激子极化激元,其具有光和物质的双重属性,可用于室温玻色-爱因斯坦凝聚、极化激元激光、单光子非线性、量子纠缠等多个领域。

中国科学院物理研究所魏红研究员课题组和武汉大学徐红星院士等系统地综述了表面等离激元与激子相互作用的研究进展,着重介绍了表面等离激元对激子自发辐射的调控以及表面等离激元与激子的强耦合。

作者们首先简要介绍了表面等离激元和量子发光体的基本性质,概述了制备金属纳米结构和量子发光体耦合体系的典型方法。之后,综述了等离激元纳米结构调控激子自发辐射的几个重要方面,包括:激发增强和Purcell效应,表面等离激元对荧光强度、跃迁速率、光谱、发射方向和偏振的影响,表面等离激元辅助的量子发光体之间的能量转移等。接下来,介绍了等离激元纳米波导与单个量子发光体的相互作用。随后,系统综述了表面等离激元和不同量子发光体的强耦合效应。最后,简要介绍了表面等离激元和激子之间的弱耦合和强耦合相关的一些应用,对该领域的发展进行了总结和展望。

上述工作得到了国家自然科学基金项目(11774413, 12074421, 91850207)和中国科学院战略性先导科技专项(XDB33000000)的支持。

论文信息:

Plasmon–Exciton Interactions: Spontaneous Emission and Strong Coupling

Hong Wei*, Xiaohong Yan, Yijie Niu, Qiang Li, Zhili Jia, Hongxing Xu

Advanced Functional Materials

DOI: 10.1002/adfm.202100889

原文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202100889