تاثیر سیلیکا به عنوان لایه میانی بر روی جذب ساختار شامل WSe2 در حضور اثر پلاسمونیک

نویسندگان

گروه فیزیک، دانشکده فیزیک-شیمی، دانشگاه الزهرا، تهران، ایران

چکیده

بلورهای دوبعدی از جمله تک‌لایه‌های کلکوژنایدهای فلزات واسطهTMDC با گاف‌های نواری مستقیم، افق جدیدی در کاربری این مواد در فوتونیک و الکترواپتیک ایجاد کرده اند. یکی از این نانوساختارهای دوبعدی تک لایه‌ی WSe2 است که جذب آن در کنار طلا به عنوان لایه‌ی پلاسمونیک و SiO2 به عنوان لایه میانی با تغییر جایگاه لایه میانی، مورد بررسی قرار گرفته است. ویژگی اپتیکی ساختارها با روش ماتریس انتقال، TMM، در ناحیه طول موج مرئی به صورت نظری مورد بررسی قرار گرفته است. با توجه به نتایج محل قرارگیری لایه میانی دریافته‌ایم حضور لایه میانی بین لایه WSe2 و طلا در افزایش جذب تاثیر بیشتری دارد که در طراحی بهینه، در طول موج 324 نانومتر با ضخامت لایه میانی 38 نانومتر به جذب 97 دست یافته‌ایم. این یافته ها در طراحی جاذب های اپتیکی برای استفاده در ادوات فوتوولتاییک پربازده مطلوب می باشد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

The impact ofthe silica asthe spacer layer on the absorption of the structure composed ofWSe2 in the presence of plasmonic effect

نویسندگان [English]

  • N. Ansari
  • E. Mohebbi
  • F. Gholami
Department of Physics, Alzahra University, Tehran, Iran.
چکیده [English]

Abstract: Two-dimensional materials such as transition metal dichalcogenides TMDCs with direct band gaps have opened a new horizon for application in photonics and optoelectronic elements. Of various TMDCs, the WSe2 monolayer is chosen to study its absorption in the presence of the gold as a plasmonic layer and SiO2 as the spacer layer with alternative layer’s positions. Optical properties of these structures are calculated based on the transfer matrix method, TMM, in the visible wavelength region. We found that the presence of the spacer layer between the WSe2 and gold layer enhances the absorption significantly. In an optimal design and in the wavelength of 324 nm, while thickness of the spacer layer is 38 nm, the absorption is reached to 97. Our findings can be applied for designing any desirable optical absorbers for high performance photovoltaic devices.
 

کلیدواژه‌ها [English]

  • transition metals dichalcogenides (TMDC)
  • WSe2
  • plasmonic effect
  • spacer layer
  • absorption
  • transfer matrix method
[1] S. Pillai, K. R. Catchpole, T. Trupke, and M.
A. Green, “Surface plasmon enhanced silicon solar
cells,” Applied physics, 101, 093105, 2007.
[2] N. Huo, J. Kang, Z. Wei, SS. Li, J. Li, S. Wei,
“Novel and enhanced optoelectronic performances
of multilayer MoS2–WS2 heterostructure
transistors,” Advanced Functional Materials, 24,
7025-7031, 2014.
[3] N. P. Sergeant, O. Pincon, M. Agrawal, P.
Peumans, “Design of wide-angle solar-selective
absorbers using aperiodic metal-dielectric stacks,”
Optics express, 17, 22800–22812, 2009.
[4] D. Regatos, B. Sepulveda, D. Farina, L. G.
Carrascosa, L. M. Lechuga, “Suitable combination
of noble/ferromagnetic metal multilayers for
enhanced magneto-plasmonic biosensing.” Optics
express, 19, 8336, 2011.
[5] A. Akbari, R.N. Tait, and P. Berini, “Surface
plasmon waveguide Schottky detector.” Optics
express, 18, 8505, 2010.
[6] S.A. Meyer, E.C.L. Ru, and P.G. Etchegoin,
“Combining surface plasmon resonance (SPR)
spectroscopy with surface-enhanced Raman
scattering (SERS).” Analytical chemistry, 83,
2337, 2011.
[7] O. Lopez-Sanchez, D. Lembke, M. Kayci, A.
Radenovic, A. Kis, “Ultrasensitive photodetectors
based on monolayer MoS2.” Nature
nanotechnology, 8, 497, 2013.
[8] Z. Yin, H. Li, H. Li, L. Jiang, Y. Shi, Y. Sun,
G. Lu, Q. Zhang, X. Chen, H. Zhang, “Single-layer
MoS2 phototransistors.” ACS nano, 6, 74, 2011.
[9] N. Ansari, and F. Ghorbani. “Light absorption
optimization in two-dimensional transition metal
dichalcogenide van der Waals
heterostructures.” JOSA B, 35, 1179-1185, 2018.
[10] W. Xiaoyu, J. Wang, Z. Hu, T. Sang, Y. Feng,
“Perfect absorption of modified-molybdenumdisulfide-based Tamm plasmonic structures.”
Applied Physics Express, 11, 062601, 2018.
[11] L. Hua, X. Gan, D. Mao, Y. Fan, D. Yang, J.
Zhao, “Nearly perfect absorption of light in
monolayer molybdenum disulfide supported by
multilayer structures.” Optics express, 25, 21630-
21636, 2017.
[12] Y. Long, H. Deng, H. Xu, L. Shen, W. Guo,
C. Liu, W. Huang, W. Peng, L. Li, H. Lin, C. Guo,
“Magnetic coupling metasurface for achieving
broad-band and broad-angular absorption in the
MoS2 monolayer.” Optical Materials Express, 7,
100-110, 2017.
[13] L. Long, Y Yang, H Ye, L Wang, J. “Optical
absorption enhancement in monolayer mos2 using
multi-order magnetic polaritons.” Journal of
Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer,
200, 198-205, 2017.
77
پاییز 1398 |شماره سوم |سال ششم
[14] J.T. Liu, T.B. Wang, X.J. Li, N.H. Liu,
“Ultrathin gold film modified optical properties of
excitons in monolayer MoS2.” Physical Chemistry
Chemical Physics, 115, 193511, 2014.
[15] G. Yi Jia, Q. Zhang, Z. X. Huang, S. Bin
Huang, J. Xu, “Ultrathin gold film modified optical
properties of excitons in monolayer MoS2.”
Physical Chemistry Chemical Physics, 7, 23109-
23113, 2017.
[16] H. Lu, X. Gan, D Mao, Y. Fan, D. Yang, J
Zhao, “Nearly perfect absorption of light in
monolayer molybdenum disulfide supported by
multilayer structures.” Optics express, 25, 21634,
2017.
[17] S. Jinlin, L. Lu, C. Qiang, L. Zixue, “Surface
plasmon-enhanced optical absorption in monolayer
MoS2 with one-dimensional Au grating.” Journal
of Quantitative Spectroscopy & Radiation, 211,
138-143, 2018.
[18] L. Jiang-Tao, T. Wang, X. Li, N. Liu,
“Enhanced absorption of monolayer MoS2 with
resonant back reflector.” Journal of Applied
Physics, 115, 193511, 2014.
[19] G. Ghosh, “Dispersion-equation coefficients
for the refractive index and birefringence of calcite
and quartz crystals.” Optics communications, 163,
95-102, 1999.
[20] M.N. Polyanskiy, Available At
http://refractiveindex.info.
[21] P.B. Johnson, R.W. Christy, “Optical
Constants of the Noble Metals.” Physics Review B,
6, 4370, 1972.
[22] J.T. Liu, N. H. Liu, J. Li, X.J. Li and J. H.
Huang, “Enhanced absorption of graphene with
one-dimensional photonic crystal.” Applied
Physics Letter, 101, 052104, 2012.