科学家发现:用于集成量子光学,二维材料中的
科学家们发现,单层氧化钨 (WSe2) 中的氧间隙使其能够用作量子光学应用的单光子发射器 (SPE)。近年来,人们在实验中发现了具有原子级薄蜂窝晶格的二维(2-D)材料。 SPE以单个粒子或光子的形式一次发射光,在量子光学和量子信息处理中起着重要作用。 spe 是使用二维材料(如二烯烃钨)开发的,它为半导体制造环境中的潜在设备和电路集成提供了灵活性。然而,在这些实验中在钨二烯化合物中发现的 spe 的性质尚不清楚,这阻碍了它们在量子应用中的潜在应用。新加坡国立大学物理系苏莹莹教授和研究团队确定:
< p>单层二烯化钨的局域激子态 光子发射是由单层二维材料中存在的氧间隙引起的。研究团队结合理论计算和实验方法得出了结果。随着对单光子发射源的进一步了解,这一发现将有助于利用二维材料开发SPE并提高其发射性能。在研究中,该团队没有发现二烯钨材料固有点缺陷的密度泛函理论计算与扫描隧道光谱获得的光谱之间的相关性,然后将注意力集中在与钨二烯材料相关的氧上。点缺陷。这些缺陷很容易在合成过程中或通过环境钝化嵌入材料中。
通过消除过程,找到晶格与氧间隙相关的缺陷最有可能在实验观察到的光谱位置产生局部激子态。本研究对单层二烯化钨中的点缺陷进行了详细研究,并预测了这些缺陷位置处激子的性质和能量。破译单光子发射器的起源将有助于开发用于使用其他二维材料的量子光学应用的量子发射器。识别二维材料中的点缺陷对于许多应用都很重要。最近的研究表明,W空位是二维钨二烯中最重要的点缺陷,理论研究对此进行了预测。硫属空位是过渡金属双卤化半导体中最有可能的固有点缺陷。
该研究使用第一性原理计算,扫描隧道显微镜(STM)和扫描透射电子显微镜实验表明,通过cvd生长的二维二烯化钨中没有W空位。研究人员预测二维钨二烯中存在O钝化的硒空位(OSe)和O间隙(Oins)。这可能是由于硒空位上容易发生 O2 离解,或存在 CVD 生长 WO3 前体。这些缺陷使得STM图像与实验结果吻合良好。由于对二维 WSe2 的单光子发射 (SPE) 的实验观察,二维钨二烯中点缺陷的光学性质非常重要。应变梯度使激子在真实空间呈漏斗状分布。
点缺陷是激子在长度尺度上定位的必要条件,因此可以一次发射一个光子。使用最新的gwt-bethe-salpeter方程计算,预测在之前的实验中,只有Oins缺陷会在SPE的能量范围内产生局部激子,这使得它们很可能是之前观察到的SPE的来源。没有其他点缺陷(OSe、Se 空位、W 空位和 SeW 反位点)在相同的能量范围内产生局部激子。研究预测提出了在相关二维材料中实现SPE的方法,并为实验者指出了在二维二烯二烯中实现SPE的其他能量范围。
博科园|研究/来自:新加坡国立大学
参考期刊《ACS Nano》
DOI: 10.1021/
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