[发明专利]一种单层二维材料中能谷光子的分离方法及分离装置

说明书

本发明涉及一种单层二维材料中能谷光子的分离方法，包括：制作纳米孔阵列；在纳米孔阵列的一表面上层叠单层二维材料薄膜；向纳米孔阵列的另一表面上入射线偏激光，线偏激光经纳米孔阵列的调制，得到自旋相反且发射方向不同的两束圆偏激光，单层二维材料薄膜在两束圆偏激光的激发下，发射出自旋相反且出射方向不同的两束能谷光子，完成能谷光子的分离。本发明采用纳米孔阵列辅助单层二维材料中能谷光子的分离，在产生倍频的能谷光子的同时，提高单层二维材料的倍频效率。另外，可以在常温下对能谷光子的出射方向进行操控，自由度高，能谷光子转换效率高。

技术领域

本发明涉及纳米光子学技术领域，特别是涉及一种单层二维材料中能谷光子的分离方法及分离装置。

背景技术

能谷电子器件和能谷光子器件是克服传统电子器件本身发热问题的两个非常有希望的候选者。为了能够实现能谷电子器件，通常是通过能谷电子对电、磁等的不同响应来分离不同的能谷自由度，这通常是在低温下进行并且是非常具有挑战性的。

最近对于二维过渡金属硫化物的研究表明，由于时间反演对称性和空间反演对称性破缺，这些单层二维材料中简并的K和K'能谷可以对具有旋转角动量的光表现出自旋能谷锁定的光致发光和非线性现象。然而，针对该类材料的研究主要在低温下进行，这使得能谷参数的操控和信息的编码处理都非常困难，尤其是在非线性光学领域。

发明内容

本发明提供一种单层二维材料中能谷光子的分离方法及分离装置，用以解决现有技术中能谷光子不容易在常温下分离的技术问题。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种单层二维材料中能谷光子的分离方法，包括：

步骤1、制作纳米孔阵列；

步骤2、在所述纳米孔阵列的一表面上层叠单层二维材料薄膜；

步骤3、向所述纳米孔阵列的另一表面上入射线偏激光，所述线偏激光经所述纳米孔阵列的调制，得到自旋相反且发射方向不同的两束圆偏激光，所述单层二维材料薄膜在所述两束圆偏激光的激发下发射出自旋相反且出射方向不同的两束能谷光子，完成能谷光子的分离。

本发明的有益效果是：本发明采用纳米孔阵列辅助单层二维材料中能谷光子的分离。首先，激光入射至纳米孔阵列，经纳米孔阵列调制后作用在单层二维材料上，产生倍频的能谷光子；其次，由于纳米孔结构的局域场增强效应，单层二维材料的倍频效率大幅的提升。另外，激光通过纳米孔阵列后，由纳米孔阵列的作用，会产生两束自旋态和出射方向均不同的圆偏激光，进入并激发单层二维材料后，单层二维材料不仅产生能谷光子且自旋态不同的能谷光子的出射方向不同，该出射方向与经纳米孔阵列调制后的圆偏激光的方向对应，从而实现手性的能谷光子的分离。本发明可以在常温下对能谷光子进行操控，自由度高，能谷光子转换效率高。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，所述纳米孔阵列的材料为贵金属或介电材料。

本发明的进一步有益效果是：贵金属(例如金)和介电材料(例如硅)折射率大，对光调制效果好，且在空气中稳定。

进一步，所述单层二维材料薄膜的材料为过渡金属硫化物和/或类过渡金属硫化物。

本发明的进一步有益效果是：由于单层过渡金属硫化物和/或类过渡金属硫化物具有时间反演对称性和空间反演对称性破缺的性质，其简并的K和K'能谷可以对具有旋转角动量的光表现出自旋能谷锁定的光致发光和非线性现象，能谷光子转化效率高。

进一步，所述步骤2具体包括：

在衬底上生长单层二维材料薄膜，并将所述单层二维材料薄膜转移至所述金属纳米孔阵列的一表面。

本发明的进一步有益效果是：该制备方法对于制备纳米孔阵列和单层二维材料薄膜的复合结构，简单方便。