近日，我院肖发俊、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“Giant Photoluminescence Enhancement of Monolayer WSe₂ Using a Plasmonic Nanocavity with On-Demand Resonance”的研究论文，并入选当期封面（Supplementary Cover）。学院博士研究生李晨阳为论文第一作者，肖发俊教授为论文通讯作者，8455线路检测中心为论文第一署名单位。

单层过渡金属硫化物（TMDs）因其新颖的光学特性，被视为构建下一代光电子器件的理想材料。然而，受限于单原子层厚度，其光吸收能力较弱且荧光量子产率较低，严重制约了它在纳米光源、光电探测器等方面的应用。为此，研究者提出了金属纳米颗粒和金膜构成的纳腔结构，利用纳腔的强局域特性来增强光与单层TMDs的相互作用。实现单层TMDs发光的极致增强，需开发一种反向设计的方法，通过精确控制纳米颗粒的尺寸和形貌，来获得所需的纳腔模式，达到激发、发射和收集过程的协同增强。目前，这一方法却极具挑战：一方面，化学合成的纳米颗粒在尺寸和形貌方面有很大的分散度；另一方面，当前的自组装技术难以实现目标颗粒向TMDs的精确定点转移。

鉴于此，我院肖发俊研究团队提出一种光谱辅助的纳米操控技术（图1a），按照荧光激发、发射和收集过程的协同增强需求，反向设计并制备了双共振纳腔结构（图1b）。该结构在光吸收峰和激子发射波长处支持强局域的纳腔模式Ⅰ和Ⅱ，能同时增强荧光的激发和发射过程。此外，模式Ⅰ具有高度的辐射定向性，能提升荧光的收集效率。最终，实现了单层WSe₂荧光18000倍的提高。该方法可应用于增强各类二维半导体材料的荧光、拉曼、二次谐波产生等弱光学过程，为新型发光二极管、光电探测器和非线性光学器件的研发开辟全新的途径。

图1. (a)光谱辅助的纳米操控技术，(b)按需制备的NCoM-WSe₂混合纳腔实现荧光激发、发射和收集的协同增强。

论文链接：https://pubs.acs.org/doi/epdf/10.1021/acs.nanolett.4c01260

（撰稿：毛东；审核：晁小荣）