澳大利亚研究团队在《先进光子学》期刊上发布了一项研究，提出了一种创新策略来增强原子级薄层半导体的性能。该方法不直接修改材料本身，而是通过改变材料下方的空间结构来实现。具体而言，单层二硫化钨被放置在纳米级空气腔上，这些空气腔被称为米氏空腔，它们被雕刻在高折射率的碲化铋晶体中。这些微小的空腔显著提升了光发射和非线性光学信号，并使得直接观测局域光学模式成为可能，为理解光在极小尺度下的行为提供了新见解。
传统的介电纳米谐振器通常将光限制在硅等固体材料内部，但这种设计使得最强的光学场远离原子级薄层材料所在的表面。米氏空腔则不同，它们将光限制在蚀刻到高折射率材料中的亚波长空气腔内，通过空气-介电边界的强反射使光在腔内循环，从而将光学场集中在空气区域和靠近顶面处，这正是二硫化钨层所在的位置。这种“反转”限制方法使得增强的场可以直接被表面材料访问，共振波长可以通过调整腔体形状来调节，并且即使在强烈吸光的材料中仍然有效。
研究人员通过电磁模拟设计了支持与二硫化钨A-激子对齐的偶极共振的腔体，并通过聚焦离子束铣削在碲化铋薄片中创建了这些腔体。实验显示，当腔体共振与二硫化钨发射带匹配时，光输出比最不共振的腔体增加了约20倍。进一步分析证实，这种增强源于共振腔增加了局部光学态密度，并帮助发射的光更有效地逃逸，而非由于入射光的更强吸收。此外，通过调整腔体几何形状，二次谐波信号与非共振腔相比增加了约25倍，并允许直接可视化光学模式，提供清晰的光学场演化视图。
米氏空腔异质结构为原子级薄层光子学提供了一个强大的新平台，结合了可调谐的光学增强和精确的空间控制。这项技术有望推动非线性光产生、表面增强传感和基于二维半导体的可编程光子器件的进展。研究表明，在设计纳米尺度光-物质相互作用时，塑造空空间可能与选择正确的材料同等重要。
出版详情：作者：Zhuoyuan Lu (Australian National University)；标题：《New light trap design supercharges atom-thin semiconductors》；发表于：《Advanced Photonics》(2026)；期刊信息：《Advanced Photonics》。
