Observation of Room-Temperature Exciton-Polariton Emission from Wide-Ranging 2D Semiconductors Coupled with a Broadband Mie Resonator

激子 单层 光致发光 极化子 激子极化 半导体 光电子学 光发射 材料科学 光子 光子学 凝聚态物理 物理 光学 纳米技术
作者
Jie Fang,Kan Yao,Mingsong Wang,Zhuohang Yu,Tianyi Zhang,Taizhi Jiang,Suichu Huang,Brian A. Korgel,Mauricio Terrones,Andrea Alù,Yuebing Zheng
出处
期刊:Nano Letters [American Chemical Society]
卷期号:23 (21): 9803-9810
标识
DOI:10.1021/acs.nanolett.3c02540
摘要

Two-dimensional exciton-polaritons in monolayer transition metal dichalcogenides (TMDs) exhibit practical advantages in valley coherence, optical nonlinearities, and even bosonic condensation owing to their light-emission capability. To achieve robust exciton-polariton emission, strong photon-exciton couplings are required at the TMD monolayer, which is challenging due to its atomic thickness. High-quality (Q) factor optical cavities with narrowband resonances are an effective approach but typically limited to a specific excitonic state of a certain TMD material. Herein, we achieve on-demand exciton-polariton emission from a wide range of TMDs at room temperature by hybridizing excitons with broadband Mie resonances spanning the whole visible spectrum. By confining broadband light at the TMD monolayer, our one type of Mie resonator on different TMDs enables enhanced light-matter interactions with multiple excitonic states simultaneously. We demonstrate multi-Rabi splittings and robust polaritonic photoluminescence in monolayer WSe2, WS2, and MoS2. The hybrid system also shows the potential to approach the ultrastrong coupling regime.

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