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2020-03-03 14:05 |
單層WSe2中單光子發(fā)射中心的輻射復(fù)合機(jī)理研究取得進(jìn)展
二維過渡金屬硫族化合物由于其具有原子級(jí)別的厚度、較強(qiáng)的自旋軌道耦合、較大的激子束縛能和可見光區(qū)直接帶隙的特點(diǎn)，逐漸成為后摩爾時(shí)代新材料的研究熱點(diǎn)。尤其是單層過渡金屬硫族化物提供了一種新的電子自由度——能谷，為未來光電信息處理提供了新的途徑。最近，在二維體系中利用缺陷發(fā)光實(shí)現(xiàn)了單光子光源，這為片上集成量子光學(xué)網(wǎng)絡(luò)提供了一個(gè)新的平臺(tái)。然而，這些二維材料單光子發(fā)光中心的來源以及其輻射復(fù)合機(jī)理依然不是很清楚。 y{mt *VA4
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基于此，中國(guó)科學(xué)院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國(guó)家研究中心許秀來課題組結(jié)合二維過渡金屬硫族化物的能帶特性并利用極化分辨的磁光光譜對(duì)單光子發(fā)射的復(fù)合機(jī)制進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。他們?cè)趩螌覹Se2材料的邊緣處發(fā)現(xiàn)了三種具有不同大小朗德g因子和精細(xì)結(jié)構(gòu)劈裂的單光子發(fā)射峰，并根據(jù)WSe2的能帶特性提出了理論模型，系統(tǒng)地解釋了這三種類型單光子輻射的來源并揭示了其輻射復(fù)合機(jī)制。相關(guān)工作發(fā)表在【npj 2D Mater. Appl. 4, 2 (2020)】，黨劍臣為該文章第一作者。 O oA!N-Q
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磁光光譜是研究二維過渡金屬硫族化物能谷性質(zhì)的一種重要工具。例如，賽曼劈裂可以用來驗(yàn)證自旋、谷和軌道磁矩在賽曼效應(yīng)中的貢獻(xiàn)。許秀來課題組在前期的工作中利用磁光光譜研究了單層MoS2局域態(tài)激子中的多體效應(yīng)和缺陷導(dǎo)致的雙層WS2層間激子的躍遷，相關(guān)成果分別發(fā)表在【Phys. Rev. Mater. 3, 051001(R) (2019)】和【Appl. Phys. Lett. 114, 113104 (2019)】上。本文在前期工作的基礎(chǔ)上，利用極化分辨的磁光光譜系統(tǒng)地研究了單層WSe2材料邊緣的單光子發(fā)射峰的磁光特性。通過統(tǒng)計(jì)和分析發(fā)現(xiàn)了三種類型的單光子發(fā)光峰，分別表現(xiàn)為較小g因子較小精細(xì)結(jié)構(gòu)劈裂、較大g因子較大精細(xì)結(jié)構(gòu)劈裂以及幾乎沒有賽曼劈裂和精細(xì)結(jié)構(gòu)劈裂。針對(duì)這三種類型的輻射復(fù)合過程，通過軌道磁矩對(duì)賽曼劈裂的不同貢獻(xiàn)的分析揭示了不同的g因子產(chǎn)生的原因，并進(jìn)一步通過電子空穴波函數(shù)重疊產(chǎn)生的交換相互作用分析了精細(xì)結(jié)構(gòu)劈裂大小，從而提出了一個(gè)合理的理論模型。最后結(jié)合能谷與缺陷的特性發(fā)現(xiàn)這三種單光子發(fā)射分別對(duì)應(yīng)于缺陷能級(jí)到缺陷能級(jí)、缺陷能級(jí)到價(jià)帶和導(dǎo)帶到缺陷能級(jí)的輻射復(fù)合躍遷過程。通過對(duì)單層WSe2中出現(xiàn)的單光子源類型和輻射機(jī)制的確認(rèn)為以后從精準(zhǔn)調(diào)控二維材料單光子光源提供了物理依據(jù)。 ) 'n@A%
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