Induction de dichroïsme circulaire dans des matériaux bidimensionnels

Dans des études récentes, des chercheurs ont examiné comment un matériau bidimensionnel spécial appelé WS interagit avec une surface unique connue sous le nom de métasurface plasmonique chirale. Le WS a des propriétés particulières liées à ses excitons de vallée, qui s'excitent quand ils sont exposés à de la lumière circulairement polarisée. Ce type de lumière a deux formes distinctes, à main gauche et à main droite, qui peuvent influencer ces excitons de manière sélective.

La métasurface plasmonique chirale joue un rôle important car elle peut contrôler comment la lumière se comporte lorsqu'elle frappe sa surface. Cette surface permet un phénomène intéressant appelé verrouillage spin-mouvement, ce qui signifie que le spin et le mouvement de la lumière sont étroitement liés. Cette propriété est super utile dans le domaine de la valleytronique, qui consiste à contrôler les excitons en fonction de leurs états de vallée.

Pour mieux comprendre l'interaction entre WS et la métasurface, les chercheurs ont utilisé une méthode appelée méthode des modes couplés. Cette approche aide à analyser plusieurs propriétés de la couche de WS et montre comment on obtient le Dichroïsme circulaire. Le dichroïsme circulaire est la différence entre la manière dont le matériau absorbe la lumière circulaire gauche par rapport à droite. En utilisant la métasurface, les chercheurs ont découvert qu'ils pouvaient améliorer cet effet en excitant des ondes de surface appelées polaritons plasmoniques de surface.

Les dichalcogénures de métaux de transition (TMD) comme le WS ont attiré l'attention grâce à leurs propriétés électroniques et optiques uniques. Ces matériaux sont constitués de couches fines maintenues ensemble par de faibles forces. Les formes monocouches de ces matériaux sont particulièrement intéressantes pour une variété d'utilisations, de l'électronique au stockage d'énergie.

Les métasurfaces chirales montrent également un grand potentiel pour de nombreuses applications, y compris la détection. Ces surfaces peuvent manipuler la polarisation de la lumière, ce qui les rend très utiles pour contrôler sélectivement comment la lumière se comporte. Leur capacité à verrouiller spins et mouvements est particulièrement bénéfique pour la valleytronique, permettant l'excitation et la détection contrôlées des excitons.

Malgré les recherches existantes sur le dichroïsme circulaire sélectif à la vallée dans les TMD, il n'y a pas encore eu de démonstration de dichroïsme circulaire créé par l'interaction entre le WS et une métasurface chirale. Cette étude vise à explorer cette relation et à montrer comment le dichroïsme circulaire peut être induit dans le WS en utilisant une métasurface plasmonique chirale.

Les chercheurs ont placé une couche de WS au-dessus de la métasurface chirale avec un espaceur diélectrique entre les deux. La métasurface est composée d'une série de creux disposés dans un motif qui influence comment la lumière interagit avec le WS. En analysant le système avec la méthode des modes couplés, ils ont déterminé comment les ondes lumineuses se comportent en interagissant avec la fois la métasurface et la couche de WS.

Les chercheurs se sont concentrés sur l'absorption de la lumière par le WS dans différentes conditions. Ils ont étudié l'absorbance du système, ce qui reflète la quantité de lumière absorbée par rapport à celle réfléchie. Ils ont également analysé les différences d'absorbance selon le type de lumière polarisée circulairement frappant la surface.

En examinant les résultats, ils ont remarqué que la couche de WS absorbait la lumière différemment en fonction de sa polarisation circulaire. La présence de la métasurface a modifié la manière dont le WS interagissait avec la lumière, permettant l'excitation sélective des excitons de vallée. Cela a aussi mis en évidence les variations dans l'absorption de lumière, ce qui est crucial pour les applications nécessitant un contrôle précis des propriétés de la lumière.

Les chercheurs ont remarqué des motifs spécifiques dans les figures d'absorbance qu'ils ont étudiées. Par exemple, ils ont observé des caractéristiques d'absorption significatives liées aux propriétés de l'or dans la métasurface. Ils ont aussi constaté des interactions entre les bandes d'excitons dans le WS et les polaritons plasmoniques de surface, ce qui a encore influencé les caractéristiques d'absorption.

L'étude a également exploré les effets de l'espaceur diélectrique, notant qu'il pouvait créer des modes guidés affichant aussi des propriétés chirales. Ces modes différaient des polaritons plasmoniques de surface et pouvaient être influencés par la distance entre la métasurface et la couche de WS.

Les chercheurs ont démontré comment varier la distance entre cet espaceur et la couche de WS pouvait conduire à l'apparition de nouveaux modes dans le système. Ces modes guidés interagissaient différemment avec la lumière, entraînant divers motifs d'absorbance en fonction de la polarisation de la lumière lorsqu'elle frappait la métasurface.

Les résultats indiquent que l'espaceur joue un rôle important dans la génération de modes guidés et améliore la capacité du système à contrôler la lumière. Par exemple, certaines polarités de lumière montraient une absorbance accrue avec des distances variables, montrant une dépendance à ces configurations géométriques.

Enfin, les chercheurs ont découvert que les modes guidés pouvaient aussi induire le dichroïsme circulaire dans la couche de WS. Bien que ces effets étaient moins prononcés que ceux observés avec des polaritons plasmoniques de surface, ils démontraient le potentiel d'utiliser cette méthode pour des explorations futures en optique chirale.

En résumé, ce travail met en avant une nouvelle manière d'induire le dichroïsme circulaire dans des matériaux bidimensionnels grâce à l'utilisation de métasurfaces plasmoniques chirales. Bien que cette étude offre une preuve de concept, il y a un potentiel important pour une optimisation supplémentaire afin d'améliorer les effets observés. Divers paramètres, y compris les dimensions des caractéristiques de la métasurface et les propriétés diélectriques de l'espaceur, peuvent être ajustés pour maximiser le dichroïsme circulaire et améliorer son utilisation dans des applications comme la détection ou la photonique.

En développant un modèle simple qui permet une compréhension plus profonde des interactions en jeu, cette recherche ouvre la porte à de nouvelles opportunités dans les domaines de l'optique chirale et de la valleytronique. La capacité d'induire le dichroïsme circulaire pourrait conduire à des avancées dans des technologies comme les systèmes d'imagerie, le traitement de l'information quantique, et même des matériaux écoénergétiques qui dépendent d'une manipulation précise de la lumière.