科学家发现单层二烯化钨中的氧间隙使其能够作为单光子发射器用于量子光学应用

2019-07-22 10:24:08来源：博科园

科学家发现单层二烯化钨(WSe2)中的氧间隙使其能够作为单光子发射器(SPEs)用于量子光学应用。近年来，人们在实验中发现了具有原子薄蜂窝状晶格的二维(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发挥着重要作用。spe采用二烯化钨等二维材料开发，为半导体制造环境中的潜在器件和电路集成提供了灵活性。然而，二烯化钨中这些实验发现的spe的性质并不清楚，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的苏英国教授和研究小组已经确定：

来自二烯化钨局域激子态的单光子发射，是由于存在于单层二维材料中的氧间隙造成。研究小组结合了理论计算和实验方法来得出结果。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，团队没有找到密度泛函理论计算二烯化钨材料固有点缺陷，与通过扫描隧道光谱获得光谱之间的相关性，然后将重点放在与二烯化钨材料相关的氧相关的点缺陷上。这些缺陷可以在合成过程中或通过环境钝化很容易地嵌入到材料中。

通过消除过程，发现晶格中与氧间隙有关的缺陷最有可能在实验观测到光谱位置产生局域激子态。这项研究对单分子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上激子的性质和能量。破译单光子发射器的起源，将有助于利用其他二维材料开发量子光学应用的量子发射器。识别二维材料中的点缺陷对许多应用都很重要，近年来的研究表明，W空位是二维二烯化钨中最主要的点缺陷，而理论研究预测。硫族空位是过渡金属双卤代半导体中最可能存在的固有点缺陷。

研究使用第一性原理计算、扫描隧道显微镜(STM)和扫描透射电镜实验表明，在cvd生长的二维二烯化钨中不存在W空位。研究人员预测，在二维二烯化钨中存在O钝化的硒空位(OSe)和O间质(Oins)，这可能是由于硒空位上容易发生O2离解，或者是由于在CVD生长中存在WO3前体。这些缺陷使STM图像与实验结果吻合较好。由于对二维WSe2的单光子发射(SPE)进行了实验观测，因此二维二烯化钨中点缺陷的光学性质十分重要。应变梯度使激子在真实空间中漏斗形分布。

而点缺陷是激子在长度尺度上定位的必要条件，使光子能够一次发射一个。利用最新的gwt - bethe - salpeter方程计算，预测在之前的实验中，只有Oins缺陷才会在SPE的能量范围内产生局域激子，这使得它们很可能是之前观测到的SPE的来源。没有其它点缺陷(OSe、Se空位、W空位和SeW反位)在相同的能量范围内产生局域激子。研究预测提出了在相关二维材料中实现SPE的方法，并为实验人员指出了在二维二烯化钨中实现SPE的其他能量范围。

标签：

科学家发现单层二烯化钨中的氧间隙使其能够作为单光子发射器用于量子光学应用

相关阅读

精彩推荐

阅读排行

相关词

推荐阅读