用于集成量子光学的2D材料中的局部激子

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美国国立大学的科学家发现,单层二硒化钨(WSe 2)中的氧间隙使其能够充当量子光学应用中的单光子发射器(SPE)。在实验上发现了具有原子上薄的蜂窝状晶格的二维(2D)材料用作SPE。SPE一次发出一个单个粒子或一个光子的光,它们在量子光学和量子信息处理中起着重要的作用。

使用2D材料(例如WSe 2)开发的SPE 为半导体制造环境中潜在的设备和电路集成提供了灵活性。但是,在WSe 2中这些实验发现的SPE的性质尚不清楚,这阻碍了它们在量子应用中的潜在用途。美国国立大学物理系的Su Ying QUEK教授及其研究小组已经确定,来自WSe 2中局部激子态的单光子发射是由于单层2D材料中存在的氧间隙。

该研究小组结合了理论计算和实验方法来得出结果。通过更好地了解单光子发射的起源,这些发现将有助于使用2D材料开发SPE,并改善其发射性能。

在他们的研究工作中,研究小组没有设法找到WSe 2材料中固有点缺陷的密度泛函理论计算与通过扫描隧道光谱法从实验获得的光谱之间的相关性。然后,他们专注于与WSe 2材料相关的与氧气有关的点缺陷。

这些缺陷可以在合成过程中或通过环境钝化轻易地掺入材料中。通过消除过程,他们发现与晶格中的氧间隙相关的缺陷最有可能在实验观察到的光谱位置上产生局部激子态。

Quek教授说:“ 这项工作提供了对单层WSe 2中点缺陷的详细研究,并预测了这些缺陷部位激子的性质和能量。解密单个光子发射器的起源对于使用其他2D材料进行量子光学应用的量子发射器的开发将是有用的。”

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