نوع مقاله : مقاله پژوهشی
نویسندگان
گروه فیزیک، دانشکده علوم پایه ، دانشگاه قم، قم
چکیده
در این مقاله، جفتشدگی اکسایتون- پلاسمون- اکسایتون در یک سامانۀ دو لایهای، شامل قرص نقره و قرص رنگدانۀ سیانین با انباشت J، بر روی بستر تک لایهای مولیبدن دی سولفاید با استفاده از روش تفاضل محدود در حوزۀ زمان، شبیه سازی و طیفهای خاموشی اپتیکی از این سامانه در پارامترهای مختلف ساختاری بررسی شد. نتایج مطالعات نشان دادند که حالتهای پلاریتونی جفت شده حاصل از برهمکنش متوالی میان حالت پلاسمونی نقره، اکسایتونهای قرص سیانین و اکسایتونهای A و B زیرلایۀ ، منجر به چند شاخه شدن انرژی و شکافتهای قابلملاحظۀ رابی میشوند. از نتایج این پژوهش مشخص شد که ابتدا حالت پلاسمونی نقره با اکسایتونهای سیانین جفت شده و سپس شاخۀ پایینی انرژی آنها با اکسایتونهای A و B زیرلایۀ برهمکنش میکنند. همچنین تغییرات هندسۀ قرصها، امکان کنترل دقیق انرژی پلاریتونی و ضریب جفتشدگی را فراهم میآورد. این سامانه بهعنوان بستری مناسب برای طراحی مؤلفههای فعال اپتیکی با قابلیت تنظیم، کاربردهایی بالقوه در حسگرهای زیستی، نانولیزرها و بسیاری از فناوریهای کوانتومی خواهد داشت.
کلیدواژهها
موضوعات
عنوان مقاله [English]
Sequential exciplaston coupling in silver–cyanine bilayer nanoparticles on a monolayer MoS₂ substrate
نویسندگان [English]
- Iman Badri
- Emadoddin Yaghooti
- Ferydon Babaei
Department of Physics, University of Qom, Qom, Iran
چکیده [English]
In this study, exciton–plasmon–exciton coupling in a bilayer system,composed of a silver disk and a J-aggregate cyanine dye disk placed on a monolayer molybdenum disulfide (MoS₂) substrate, was simulated using the finite-difference time-domain (FDTD) method. The optical extinction spectra of the system were examined under various structural parameters. The results revealed that the coupled polaritonic states, arising from the sequential interaction between the plasmonic mode of silver, the excitons of the cyanine disk, and the A and B excitons of the MoS₂ substrate, led to multiple energy branches and significant Rabi splittings. It was found that the silver plasmon mode first couples with the cyanine excitons, and the lower-energy polariton branch subsequently interacts with the A and B excitons of MoS₂. Moreover, by tuning the disk geometry, the polariton energies and coupling strengths could be precisely controlled. This hybrid system provides a promising platform for designing tunable active optical components with potential applications in biosensing, nanolasers, and various quantum technologies.
کلیدواژهها [English]
- Surface plasmons
- Excitons
- Sequential coupling
- Rabi splitting
- J Guan, et al., Chem. Rev. 122, 19 (2022) 15177.
- J Sun, et al., Nanoscale 13, 8 (2021) 4408.
- E Cao, et al., Nanophotonics 7, 1 (2018) 145.
- Y Chen and M Sun, Nanoscale 15, 28 (2023) 11834.
- F Stete, M Bargheer, and W Koopman, Nanoscale 15, 40 (2023) 16307.
- P Jiang, et al., Opt. Express 27, 12 (2019) 16613.
- K Liang, et al., Nanophotonics 12, 17 (2023) 3471.
- J Ye, et al., China Phys. Mech. Astron. 66, 4 (2023) 244212.
- L Greten, et al., ACS Photonics 11, 4 (2024) 1396.
- H Pezeshki, et al., Phys. Rev. Appl. 19, 5 (2023) 054036.
- Z He, et al., Nanomaterials 12, 8 (2022) 1242.
- S A Maier, “Plasmonics: Fundamentals and Applications”, New York: Springer, (2007).
- S Marhaba, “in Effect of Size, Shape and Environment on the Optical Response of Metallic Nanoparticles”, IntechOpen (2018).
- E D Palik (Ed.), “Handbook of Optical Constants of Solids III”, Academic Press, (1998).
- K L Kelly, et al., J. Phys. Chem. B 107, 3 (2003) 668.
- K Takatori, et al., Opt. Lett. 42, 19 (2017) 3876.
- E Yaghooti, F Babaei, and R Liu, Nanoscale 17, 14 (2025) 8933.
- S Balci, et al., Phys. Rev. B 86, 23 (2012) 235402.
- M D. Fraser, S Höfling, and Y Yamamoto, Nat. Mater. 15, 10 (2016) 1049.
- V Rutckaia and J Schilling, Nat. Photonics 14, 1 (2020) 4.
- X Zhang and J Yang, Front. Phys. 7 (2019) 190.
- R Liu, et al., Nat. Commun. 15, 1 (2024) 4103.
- G Zengin, et al, Phys. Rev. Lett. 114, 15 (2015) 157401.
- P Törmä and W L Barnes, Rep. Prog. Phys. 78, 1 (2014) 013901.
- N Zorn Morales, et al., status solidi (RRL) 19, 6 (2025) 2400417.
- Q You, et al., Express 32, 6 (2024) 9105.
- H Yang, et al., Phys. Chem. C 121, 45 (2017) 25455.
- W Liu, et al., Nano Lett. 16, 2 (2016) 1262.
- K F Mak, et al., Phys. Rev. Lett. 105 (2010) 136805.
- C Hsu, et al., Adv. Opt. Mater. 7, 13 (2019) 1900239.
- Y Li, et al., Phys. Rev. B 90, 20 (2014) 205422.
- L Li, et al.,Commun. 15, 1 (2024) 1825.
- S Ding, et al., ACS Nano 18, 1 (2023) 1195.
- M Hertzog, et al., Chem. Soc. Rev. 48, 3 (2019) 937.
- Y M Lee, S E Kim, and J E Park, Nano Convergence 10, 1 (2023) 34.
- E Yaghooti, F Babaei, Iranian Journal of Physics Research, 25,1 (2025) 109.
)