原子级薄的半导体材料如二硫化钨(WS₂)是未来光子技术的候选材料。尽管仅单层原子厚度，这类二维材料拥有紧密束缚的激子，可通过非线性光学过程产生新光频。然而，其极薄厚度导致光与物质相互作用体积有限，发射和频率转换通常较弱，需对光子环境进行设计。

发表于《先进光子学》的一项研究提出应对这一挑战的途径。研究人员展示一种混合平台：将单层WS₂置于刻蚀在高折射率碲化铋(Bi₂Te₃)晶体中的纳米级空气腔之上，这些空腔被称为米氏空隙。研究显示，米氏空隙可增强光发射和非线性光学信号，并允许直接观察局域光学模式。与传统将光限制在固体材料内部的介电纳米谐振器不同，米氏空隙将光捕获在空气空腔内，使光场集中在空腔顶面附近，恰好位于覆盖的单分子层位置。

在全波电磁模拟指导下，研究人员设计了支持与WS₂发射特征对齐的偶极共振的空腔几何结构。空腔通过聚焦离子束在Bi₂Te₃薄片上铣削而成，随后将连续WS₂单层转移至图案化表面。光学反射测量证实共振行为符合预期，共振波长可通过调整空腔半径和深度进行调节，且对制造缺陷具有容忍度。

为探究空腔对发光的影响，团队测量了激光激发下WS₂的光致发光。当空腔共振与WS₂发射带对齐时，光致发光强度比偏离共振的空腔提高约20倍。模拟和不同泵浦波长测量排除了入射光增强为主因，表明共振空腔增加了局部光学态密度并提高了发射光逸出效率。该方法扩展至非线性光学领域时，二次谐波信号在共振激励下增强约25倍。该系统还能直接空间映射局域光学模式，二次谐波信号的远场图像显示单个空腔上方存在热点，且随泵浦波长或腔深变化而移动。

通过结合可调谐光学增强与空间控制，米氏空隙异质结构为处理原子级薄材料提供新途径。该平台有望支持基于二维半导体的非线性光产生、表面增强传感和空间可编程光子器件研究。这项工作表明，在纳米尺度调控光与物质相互作用时，塑造空隙与选择材料同样重要。

出版详情：作者：Zhuoyuan Lu等，标题：《具有米氏空隙的范德华异质结构中的光-物质相互作用》，发表于：《先进光子学》(2026)。期刊信息：先进光子学