一种应用于提高谷偏振度的光学介电微球阵列/单层二硒化钨复合结构的制备方法

技术领域

本发明涉及谷电子器件领域，提供一种应用于提高谷偏振度的光学介电微球阵列/单层二硒化钨复合结构制备方法。

背景技术

随着科技的飞速发展，电子自由度在信息处理领域和相关电子器件制造领域日趋重要，探索和研究电子自由度并将其应用于电子器件的设计是当今凝聚态物理的核心问题。过渡金属二卤族化合物作为新一代光电子器件的材料代表，展现出十分优异的光学性质，其具有由两个简并但不相等的谷“态”组成的能带结构，这通常与能带极值附近的自旋电子(空穴)占用有关。这些材料的自旋和谷自由度为发现新的量子现象提供了一个重要平台，目前已被开发用于自旋电子器件和谷选择性发光体的各种应用。但是，由于过渡金属二卤族化合物中强烈的声子辅助谷间散射和长程电子-空穴交换相互作用，在室温下难以区分谷偏振度，限制了其实际应用。单层二硒化钨具有～1.64eV的直接带隙，是一种用于纳米光子学、量子光学和谷电子学器件的候选二维材料。控制和提高单层二硒化钨的谷偏振度，提高谷电子器件的实际应用温度，在未来研究中就显得十分重要。

目前为了实现对过渡金属二卤族化合物的谷偏振度的调控，已发展了多种手段包括手性等离激元纳米结构、光学谐振腔等。手性等离激元纳米结构的镜像不能叠加在自身，已被广泛研究用于增强分子的手性响应，从而提高过渡金属二卤族化合物的谷偏振度。手性等离激元纳米结构基于金属手性结构的强光学手性，以及通过局域表面等离子体共振模式增强光-物质相互作用，从而实现对谷偏振度的调控。但是由于手性等离激元纳米结构制备过程复杂、成本昂贵且误差较大，仍然不能在实际应用中得到很好的效果。

近年来的研究表明，光学谐振腔与谷自旋之间的耦合在解决低温限制和实现谷动力学的室温控制方面有很大的前景。具体来说，通过激子与光学谐振腔的强耦合形成激子-极化子，可以防止谷偏振度在谷间散射作用下完全消失，这使得光学谐振腔调控谷偏振度成为了研究重点。然而，强耦合要求激子与光腔之间精确的空间和光谱重叠，这样的限制对室温下单层过渡金属二卤族化合物中谷偏振度的灵活和主动调节提出了挑战，阻碍了谷电子器件的发展。光学介电微球腔阵列前期制备简单、体积小，价格低廉，便于后期应用到谷电子器件中。通过将优化参数后制备成功的光学介电微球阵列用于提高单层二硒化钨的谷偏振度，成功实现了室温下提高二硒化钨的谷偏振度，具有极其重要的科学研究意义与潜在的应用价值。但是目前应用于提高谷偏振度的光学介电微球阵列/单层二硒化钨复合结构制备方法还未见报道。

发明内容

本发明的目的在于利用光学介电微球的调控作用而提供一种用于提高谷偏振度的光学介电微球阵列/单层二硒化钨复合结构制备方法。利用光学介电微球的自组装将其与单层二硒化钨复合在一起，可以获得提高单层二硒化钨的谷偏振度的复合结构。

本发明的另一个目的，是提供一种光学介电微球阵列/单层二硒化钨复合结构。

为实现本发明的目的所采用的技术方案是：

一种应用于提高谷偏振度的光学介电微球阵列/单层二硒化钨复合结构制备方法，包括以下步骤：

步骤1：用洗耳球清洁单层二硒化钨表面,使其表面保持充分清洁干燥；

步骤2：将光学介电微球溶液用去离子水溶液进行分散稀释；

步骤3：将稀释好的光学介电微球悬浊液通过超声波方法进行充分混合；

步骤4：将光学介电微球分散液通过用滴管吸取部分分散液，悬垂在单层二硒化钨上方，滴落在单层二硒化钨表面；

步骤5：将滴涂有光学介电微球分散液的单层二硒化钨转移到带有5-10°倾斜台的密闭箱中，以减少外界空气流动对微球阵列制备所带来的影响；

在上述技术方案中，步骤2中，所述光学介电微球直径为3.98-6.10μm，其材料为二氧化硅。进一步地讲，微球腔引起的光学回音壁模式间隔FSR计算公式为：FSR＝λ

在上述技术方案中，步骤3中，所述超声波方法所使用的设备为超声清洗仪，设置超声清洗仪工作时间为30-60s。进一步地讲，为了保证光学介电微球悬浊液与去离子水充分混合。

在上述技术方案中，步骤4中，所述悬垂在单层二硒化钨上方为1-2cm处，以保证液滴形态圆润。进一步地讲，有助于微球液滴形成均匀的六边形阵列。

在上述技术方案中，步骤5中，所述复合结构转移到带有5-10°倾斜台的密闭箱中，为了保证复合结构中自组装形成的六边形微球阵列紧密排列。

在上述技术方案中，所述光学介电微球阵列/单层二硒化钨复合结构300K时的谷偏振度为0.06-0.09。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1)、本发明提供的应用于提高谷偏振度的光学介电微球阵列/单层二硒化钨复合结构，其制备方法简单、稳定性高。

2)、本发明提供的应用于提高谷偏振度的光学介电微球阵列/单层二硒化钨复合结构，能够根据不同发射波长制备不同直径光学介电微球阵列/单层二硒化钨复合结构，最终实现谷偏振度提高。

3)、本发明提供的应用于提高谷偏振度的光学介电微球阵列/单层二硒化钨复合结构具有优异的综合性能，在谷电子器件领域有重要的应用价值。

附图说明

图1所示为光学介电微球阵列/单层二硒化钨复合结构的制备流程示意图；

图2所示为光学介电微球阵列的扫描电镜图；

图3所示为光学介电微球阵列的扫描电镜图；

图4所示为光学介电微球阵列/单层二硒化钨复合结构偏振PL光谱及DoP；

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明做进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施案例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施案例1

一种应用于提高谷偏振度的光学介电微球阵列/单层二硒化钨复合结构的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：用洗耳球清洁单层二硒化钨表面,使其表面保持充分清洁干燥；

步骤2：将4.86μm光学介电微球溶液用去离子水溶液进行分散稀释；

步骤3：将稀释好的4.86μm光学介电微球悬浊液通过超声波60S的方法进行充分混合；

步骤4：将4.86μm光学介电微球分散液通过用滴管吸取部分分散液，悬垂在单层二硒化钨上方1cm，滴落在单层二硒化钨表面；

步骤5：将滴涂有光学介电微球分散液的单层二硒化钨转移到带有10°倾斜台的密闭箱中，以减少外界空气流动对微球阵列制备所带来的影响；

通过光谱仪测量上述所得4.86μm光学介电微球阵列/单层二硒化钨复合结构对谷偏振荧光发射的增强效果，300K谷偏振度提高至0.09。

实施案例2

一种应用于提高谷偏振度的光学介电微球阵列/单层二硒化钨复合结构的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：用洗耳球清洁单层二硒化钨表面,使其表面保持充分清洁干燥；

步骤2：将3.98μm光学介电微球溶液用去离子水溶液进行分散稀释；

步骤3：将稀释好的3.98μm光学介电微球悬浊液通过超声波40S的方法进行充分混合；

步骤4：将3.98μm光学介电微球分散液通过用滴管吸取部分分散液，悬垂在单层二硒化钨上方1.5cm，滴落在单层二硒化钨表面；

步骤5：将滴涂有光学介电微球分散液的单层二硒化钨转移到带有5°倾斜台的密闭箱中，以减少外界空气流动对微球阵列制备所带来的影响；

通过光谱仪测量上述所得的3.98μm光学介电微球阵列/单层二硒化钨复合结构对谷偏振荧光发射的增强效果，300K谷偏振度提高至0.07。

实施案例3

一种应用于提高谷偏振度的光学介电微球阵列/单层二硒化钨复合结构的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：用洗耳球清洁单层二硒化钨表面,使其表面保持充分清洁干燥；

步骤2：将6.10μm光学介电微球溶液用去离子水溶液进行分散稀释；

步骤3：将稀释好的6.10μm光学介电微球悬浊液通过超声波30S的方法进行充分混合；

步骤4：将6.10μm光学介电微球分散液通过用滴管吸取部分分散液，悬垂在单层二硒化钨上方2cm，滴落在单层二硒化钨表面；

步骤5：将滴涂有光学介电微球分散液的单层二硒化钨转移到带有8°倾斜台的密闭箱中，以减少外界空气流动对微球阵列制备所带来的影响；

通过光谱仪测量上述所得的6.10μm光学介电微球阵列/单层二硒化钨复合结构对谷偏振荧光发射的增强效果，300K时谷偏振度提高至0.06。

显然，本发明的上述实施案例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化或变动。这里无法对所有实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。