激子极化子（Exciton-Polariton）作为一种准粒子不仅具有较低的有效质量，还表现出显著的非线性行为，在低阈值激光器、量子信息处理、拓扑光子学和高效光伏器件等领域应用潜力巨大。传统体材料中的激子极化子通常需要在低温条件下才能形成，而低维半导体材料由于量子限域效应和高激子结合能等特性，为在室温下形成激子极化子提供了可能。但如何在二维材料中实现高效且可调控的激子极化子，仍然是当前亟待解决的问题。
近期，中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心纳米物理与器件实验室N10课题组设计了一种基于等离激元连续域束缚态（Bound States in the Continuum, BIC）的一维金光栅结构，在室温下实现了单层WS₂中的激子极化子。
nload="this.removeAttribute('width'); this.removeAttribute('height'); this.removeAttribute('onload');" />
等离基元BIC与单层WS₂激子强耦合实现室温下激子极化子原理
研究团队通过动量空间成像和光致发光谱测量，系统研究了等离激元BIC模式与单层WS₂激子之间的相互作用。他们在光子能带中清晰地观测到了拉比劈裂（Rabi splitting），具体表现为下极化子支和上极化子支的典型反交叉色散行为，Rabi splitting能量达到93meV（图1）。这一研究结果证实了等离激元BIC与WS₂激子之间的强耦合效应。此外，研究团队还发现，超薄的六方氮化硼（h-BN）作为隔离层在保护WS₂免受环境影响、减少界面应变和电荷转移、以及增强光-激子相互作用方面发挥了关键作用，可以显著提升强耦合系统的整体性能。
本研究不仅为二维材料中激子极化子的研究提供了新的思路，还为室温量子器件的研制与应用奠定了重要基础。该研究成果以“Room-Temperature Exciton Polaritons in Monolayer WS₂ Enabled by Plasmonic Bound States in the Continuum”为题于2025年3月5日在线发表在《Nano Letters》上。中国科学院物理研究所和燕山大学联合培养研究生罗猜、中国科学院物理研究所博士生李慰（已毕业）为共同第一作者，中国科学院物理研究所郭阳副研究员、顾长志研究员和燕山大学李健梅博士为共同通讯作者。该研究受到国家自然科学基金委和中国科学院的项目资助。
编辑：4925