[发明专利]双根纳米天线间隙腔定向增强MoS2的荧光发射方法

说明书

本发明提供了一种双根纳米天线间隙腔定向增强MoS2的荧光发射方法，所述方法包括分别制备银纳米线和载有单层二硫化钼的硅片衬底；之后将银纳米线滴在载有单层二硫化钼的硅片衬底上；然后选取带有双根纳米天线的二硫化钼即可。本发明提供的方法一方面二硫化钼薄膜发出的光可以被纳米天线定向散射，避免了非定向发射造成的损耗；另一方面利用双根纳米线间隙可以将激发光高度局域，激发间隙等离子体，间隙等离子体衰减时，可以释放其它波长的光，匹配二硫化钼的荧光峰位置，通过珀塞尔效应极大增强二硫化钼的荧光。

技术领域

本发明涉及半导体材料领域，尤其是涉及一种双根纳米天线间隙腔定向增强MoS2的荧光发射方法。

背景技术

近年来过渡金属硫族化合物二维半导体材料的研究受到外界广泛的关注。这些二维材料有共同的特点，面内存在着较强的共价键相互作用，面与面之间靠弱的范德瓦斯力连接，因此优点可以制备出原子厚度级别的单层膜。随之过渡金属硫族化合物原子薄膜作为一种研究激子-等离子体耦合的新体系正在兴起，单层MoS2在可见光波段表现出荧光(PL)作为其直接带隙。与零、一维发射体相比，单层没有层间相互作用，表现出了极大的灵活性和功能性。然而，由于MoS2的亚纳米厚度，单层MoS2吸收较低，导致低荧光(PL)收率。为了增强单层MoS2的发射，新加坡南洋理工大学Xing Yi Ling教授课题组利用单个Ag纳米天线演示了对单层MoS2的局域荧光(PL)操纵。采用不同形貌的银纳米天线控制银的局域表面等离子体激元与MoS2带隙之间的光谱重叠实现了单层二硫化钼的荧光(PL)从减弱发射到增强发射的变化。由于单层二硫化钼材料属于各向同性类似于偶极子发射，裸露的单层二硫化钼薄层荧光发射方向是非定发射的，如何将二硫化钼的荧光发射实现定向发射有其重要的意义。由于发射方向依赖于电磁环境，因此通过改变光子环境控制发射方向。N.F.VANHULST等人通过单分子与光学单极子天线的可逆耦合实验证明了对单个分子发射方向的控制。展示了耦合系统的角发射是如何由主天线模式决定的，即天线设计与分子取向无关。这一结果也揭示了等离子体振子模式在发射过程中的作用。在2018年美国斯坦福大学Geballe先进材料实验室Brongersma课题组用修正后的Mie散射理论和实验来演示利用发射偶极子与硅纳米线的光学共振的相干耦合来控制方向性、偏振态和光谱发射的几种途径。实验结果表明，介质天线可以有效地降低从量子发射器到高折射率衬底的非期望发射。利用直观的解析模型，将传统的Mie理论推广到利用电偶极子源来解释观测到的多极方向性，以上两研究都是以单根纳米线为核心来实现对光发射方向的控制。

因此，如何降低单根纳米线非定向发射造成的损耗，并提高二硫化钼的发射效率，成为人们亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种双根纳米天线间隙腔定向增强MoS2的荧光发射方法，以解决现有技术中如何降低单根纳米线非定向发射造成的损耗，并提高二硫化钼发射效率的问题。

为了实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：

根据本发明实施例的第一方面，提供一种双根纳米天线间隙腔定向增强MoS2的荧光发射方法，包括分别制备银纳米线和载有单层二硫化钼的硅片衬底；之后将银纳米线滴在载有单层二硫化钼的硅片衬底上；然后选取带有双根纳米天线的二硫化钼即可。

进一步的，所述单层二硫化钼的制备方法，包括以下步骤：

(1)从样品盒中取出二硫化钼块体材料，用镊子固定二硫化钼块体材料一边，将其置于胶带带有粘性一面的表面中心处，然后以样品为中心多次对折；

(2)取另一条胶带，将胶带粘性面与步骤(1)多次对折后粘有二硫化钼的胶带面粘贴在一起，然后将其分开，反复进行3-5次以此获得单层及少数层二硫化钼；