論文の概要: Strong Coupling of Two-Dimensional Excitons and Plasmonic Photonic Crystals: Microscopic Theory Reveals Triplet Spectra

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2309.09673v1
• Date: Mon, 18 Sep 2023 11:25:09 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2023-09-19 13:49:44.991698
• Title: Strong Coupling of Two-Dimensional Excitons and Plasmonic Photonic Crystals: Microscopic Theory Reveals Triplet Spectra
• Title（参考訳）: 2次元励起子とプラズモニックフォトニック結晶の強い結合:顕微鏡理論によるトリプルトスペクトルの研究
• Authors: Lara Greten, Robert Salzwedel, Tobias G\"ode, David Greten, Stephanie Reich, Stephen Hughes, Malte Selig, and Andreas Knorr
• Abstract要約: TMDC-PCハイブリッドは, 準粒子を形成するエキシトンとプラズモンの強い結合限界, いわゆるプレクシトンに到達できることを示す。 混合状態に加えて、プラズモニック近接場との結合が著しく小さく、遠方場に直接放出される残余の励起モードが見つかる。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.4301978502437472
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Monolayers of transition metal dichalcogenides (TMDC) are direct-gap semiconductors with strong light-matter interactions featuring tightly bound excitons, while plasmonic crystals (PCs), consisting of metal nanoparticles that act as meta-atoms, exhibit collective plasmon modes and allow one to tailor electric fields on the nanoscale. Recent experiments show that TMDC-PC hybrids can reach the strong-coupling limit between excitons and plasmons forming new quasiparticles, so-called plexcitons. To describe this coupling theoretically, we develop a self-consistent Maxwell-Bloch theory for TMDC-PC hybrid structures, which allows us to compute the scattered light in the near- and far-field explicitly and provide guidance for experimental studies. Our calculations reveal a spectral splitting signature of strong coupling of more than $100\,$meV in gold-MoSe$_2$ structures with $30\,$nm nanoparticles, manifesting in a hybridization of exciton and plasmon into two effective plexcitonic bands. In addition to the hybridized states, we find a remaining excitonic mode with significantly smaller coupling to the plasmonic near-field, emitting directly into the far-field. Thus, hybrid spectra in the strong coupling regime can contain three emission peaks.
• Abstract（参考訳）: 遷移金属ジカルコゲナイド(tmdc)の単分子層は強い光・物質相互作用を持つ直接ギャップ半導体であり、一方プラズモニック結晶(pcs)はメタ原子として働く金属ナノ粒子で構成され、集団プラズモンモードを示し、ナノスケール上で電場を調整できる。 近年の研究では、TMDC-PCハイブリッドはエキシトンとプラズモンの強い結合限界に達し、新しい準粒子、いわゆるプレクシトンを形成することが示されている。 この結合を理論的に記述するために、TMDC-PCハイブリッド構造に対する自己整合Maxwell-Bloch理論を開発し、近距離場における散乱光を明示的に計算し、実験的研究のためのガイダンスを提供する。 以上の結果から,エキシトンとプラズモンの2つの有効複子帯へのハイブリダイゼーションにおいて,金-mose$_2$構造と30-,$nmナノ粒子との強い結合のスペクトル分割シグネチャが明らかとなった。 混合状態に加えて、プラズモニック近接場との結合が著しく小さく、遠方場に直接放出される残余の励起モードが見つかる。 したがって、強い結合状態のハイブリッドスペクトルは3つの放出ピークを含むことができる。

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