光與物質(zhì)的相互作用是光子器件發(fā)展的基石。光與物質(zhì)之間的耦合具有偏振敏感性。而偏振選擇性可以為光與物質(zhì)相互作用提供新的自由度。原子層級的二維過渡金屬硫化物（TMD）具有室溫穩(wěn)定的激子效應(yīng)，成為研究光與物質(zhì)相互作用的理想材料平臺。在弱耦合范疇，單層TMD與各向異性人工納米結(jié)構(gòu)集成可以通過近場耦合實現(xiàn)激子發(fā)光增強；在強耦合范疇，當(dāng)光子與激子之間的相干能量交換速率超過它們自身的衰減速率時，激子與光子的耦合形成一種半物質(zhì)、半光子的準粒子-激子極化激元。此外，在低對稱性光子晶體納米結(jié)構(gòu)中，由于對稱性降低，在動量空間會產(chǎn)生拓撲偏振奇點，這為光場的偏振調(diào)控提供了新途徑。當(dāng)前，關(guān)于偏振奇點與物質(zhì)相互作用的研究集中在弱耦合范疇，而偏振奇點與物質(zhì)的強相互作用規(guī)律尚待研究。

中國科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所張興旺團隊基于少層二硫化鎢與氮化硅光子晶體納米結(jié)構(gòu)的異質(zhì)集成，實現(xiàn)了偏振依賴的室溫激子極化激元。研究顯示，通過調(diào)控光子晶體納米結(jié)構(gòu)的對稱性，可在動量空間產(chǎn)生包括渦旋偏振奇點和圓偏振態(tài)在內(nèi)的拓撲偏振奇點；而拓撲偏振奇點與少層二硫化鎢中的激子諧振產(chǎn)生強耦合，形成偏振依賴的激子極化激元。實驗中，科研人員可在動量-能量色散圖中觀察到明顯的拉比劈裂現(xiàn)象，這證實了激子極化的產(chǎn)生。同時，由于偏振奇點對特定偏振的遠場耦合抑制特性，因此激子極化激元具有明顯的偏振依賴性。

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二硫化鎢與低對稱性光子晶體納米結(jié)構(gòu)的強耦合

這一成果在理論和實驗上證明了低對稱性光子晶體納米結(jié)構(gòu)中的偏振奇點在偏振激子極化激元的產(chǎn)生和遠場耦合調(diào)控的可行性，為探討偏振相關(guān)的光與物質(zhì)相互作用提供了新平臺。

相關(guān)研究成果以Polarization-Controlled Exciton-Polaritons in WS2 Strongly Coupled with Low-Symmetry Photonic Crystal Nanostructures為題，發(fā)表在《納米快報》（Nano letters）上。研究工作得到國家重點研發(fā)計劃和國家自然科學(xué)基金等的資助，并獲得蘇州納米所納米真空互聯(lián)實驗站與納米加工平臺的支持。

論文鏈接：https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.4c03040