近日，我校物理科学与技术学院肖发俊、甘雪涛、赵建林团队联合北京大学刘开辉教授在纳米科技领域顶级期刊《Nano Letters》上发表了题为“Room-Temperature Two-Dimensional InSe Plasmonic Laser”的研究论文，并入选当期封面（Supplementary Cover，图1）。物理科学与技术学院博士研究生李晨阳为论文第一作者，肖发俊教授、甘雪涛教授、刘开辉教授、赵建林教授为论文通讯作者，西北工业大学物理科学与技术学院为论文第一署名单位。
图1. Nano Letters封面图片
激光器的持续小型化对增益材料的几何尺寸提出了更为严格的要求。二维半导体材料因其强的激子效应，成为构建低功耗、超小尺寸纳米激光器的理想增益材料。进一步，将其与等离激元结构集成，则有望实现迄今为止最小尺寸的纳米激光器。然而，构建二维半导体材料等离激元激光器仍然存在巨大挑战。以金属-绝缘体-半导体（MIS）结构的等离激元激光器为例，当增益材料的尺寸接近衍射极限时，更多的能量将以散射光子和表面等离极化激元的形式从腔体中耗散，导致辐射损耗的上升和腔反馈的下降。另一方面，大多数二维半导体材料，如过渡金属硫化物、黑磷、和IV族单硫化物，其激子主要为面内取向，难以与面外电场主导的等离激元模式耦合，从而限制了激子与等离激元间的能量转移效率。因此，如何提高激光器的腔反馈和激子与等离激元的能量转移效率，成为实现二维半导体材料等离激元激射的亟需攻克难题。
鉴于此，我院研究人员提出一种混合等离激元法布里-珀罗（F-P）激光器，通过金属F-P腔的共振反馈实现了2倍的面外电场增强以及59%的损耗降低；通过匹配激子与等离激元的相对取向，实现了高效的能量传递，以此观测到阈值为342 μJ /cm2/ pulse的室温激射。该工作为基于二维半导体的光电应用开辟了新的道路。下一步的研究可以将范德瓦尔斯异质结作为增益介质集成于等离激元F-P腔，以此探索超紧凑可调谐激光器和谷电子学器件等应用。
图2. 混合等离激元F-P激光器
论文链接：https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acs.nanolett.4c03479
（撰稿：毛东；审核：晁小荣）
