无机-有机钙钛矿-金属纳米线-钙钛矿结构中基于表面等离激元的强耦合放大

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钙钛矿纳米线腔内的激子-光子的强耦合作用由于具有较大的拉比劈裂能量和激子结合能,是制备室温极化激子的理想材料。尽管如此,仍需探索新的方法来促进激子-光子的耦合强度,以维持激子和光子的相干性。表面等离激元可以通过减小有效模式体积和增强局域电场的强度来增强激子-光子耦合。我们的工作探究了一种存在于由无机-有机钙钛矿纳米线,二氧化硅(SiO2)薄膜,以及银(Ag)薄膜组成的三明治式的杂化结构内的激子-光子的强耦合作用。表面等离激元的引入使得杂化模式能够减少整个系统的耗散,从而能够增强这种激子与光子的耦合作用。通过计算发现SiO2和Ag薄膜的厚度可以影响耦合强度。当SiO2为5 nm以及Ag为30 nm薄膜达到最适宜厚度时,拉比劈裂能量能够达到319 meV,而没有Ag薄膜时拉比劈裂能量仅有270 meV。此外,在一定范围内,拉比劈裂能量与SiO2薄膜厚度呈线性关系。然而,它与Ag薄膜的厚度呈非线性关系,这是由于杂化模式的有效指数虚部与银薄膜厚度呈非线性关系。我们将中间的保护层替换为折射率可调的介质层,发现折射率越高,耦合强度更大。在金属薄膜的选择上,比较了金薄膜与银薄膜,发现金薄膜的损耗更大。在探究关于表面等离激元增强钙钛矿内激子-光子的耦合强度的基础上,我们也对表面等离激元腔与钙钛矿纳米片内的双激子形成的非线性Fano共振进行了调控。通过FDTD仿真模拟以及Fano共振公式的拟合我们发现SiO2薄膜厚度越小,银薄膜的厚度越小,以及银纳米线的半径越大,共振峰的透射率越高。我们的这些结论对于表面等离激元如何增强杂化钙钛矿内激子-光子的耦合强度以及表面等离激元腔如何与钙钛矿纳米片的双激子形成非线性的Fano共振进行了细致地调控,我们的结果对于设计电泵浦和超低阈值激光器等光学器件方面具有潜在的应用前景。
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