The temperature influence on the brightening of neutral and charged dark excitons in WSe$_2$ monolayer
本文研究了温度对WSe$_2$单层中中性及带电暗激子面内场激活的影响，发现升温使暗态发射大幅猝灭而亮态发射显著增强，并基于激子-声子耦合差异解释了能级劈裂的温度依赖性。
2024-07-25 cond-mat.mes-hall
Three-particle states and brightening of intervalley excitons in a doped MoS$_2$ monolayer
二维过渡金属二硫属化物（TMDC）的光谱受复杂的多粒子激子态的影响。他们的理论分析需要解决多体问题，在大多数情况下，这是非常复杂的。在这项工作中，我们计算的光谱精确对角化的Tamm-Dancoff近似内的三粒子哈密顿量的掺杂效应是占通过泡利阻塞机制，在动量空间中的离散网格建模。从{ \it ab initio}计算中提取单粒子基础。得到的三粒子本征态和相应的跃迁偶极矩阵元被用来计算线性吸收光谱作为掺杂水平的函数。负掺杂的MoS $_2$单层（ML）的结果是在一个很好的定量协议与现有的实验数据，验证我们的方法。结果预测额外的光谱特征，由于谷间激子是光学暗的未掺杂的ML，但通过掺杂变亮。我们的方法可以应用于其他原子薄的半导体，其中掺杂引起的多粒子态的增亮也是可以预期的。
2020-06-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Brightening odd-parity excitons in transition-metal dichalcogenides: Rashba spin-orbit interaction, skyrmions, and cavity polaritons
奇数角动量激子态在过渡金属二硫属化物单层中是暗到亮的，只能通过双光子探针来解决。此外，$2p$激子态预计会显示出精细的分裂，这是由材料的特殊电子能带结构引起的，其特征在于每个谷周围的有限Berry曲率。在这项工作中，我们详细研究了光子耦合到$p$激子态，我们发现，Rashba自旋轨道相互作用或Skyrmion在过渡金属dichalcogenide基板可以利用工程师有限的光学选择规则。基础机制依赖于激子角动量与Rashba自旋轨道相互作用或Skyrmion拓扑电荷的缠绕的匹配。在光子腔中，由于光子限制，耦合增强，并且所产生的极化激子分支获得与$2p^\pm$激子的混合，从而提供了检测激子精细分裂的有用工具，并且使得奇宇称暗激子能够新颖地使用。
2020-02-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Tuning relaxation and nonlinear upconversion of valley-exciton-polaritons in a monolayer semiconductor
研究强带电MoSe2单层在可调开放式微腔中的强光-物质耦合，发现载流子气体显著改变激子极化子光致发光响应，并实现从trion到激子极化子的非线性上转换发光，揭示了俄歇散射与声子吸收的微观机制。
2025-05-01 cond-mat.mes-hall
Excitonic emission of monolayer semiconductors near-field coupled to high-Q microresonators
我们提出的量子产率测量单层$\textrm{WSe}_2$（1 L- $\textrm{WSe}_2$）集成高Q（$Q>10^6$）光盘腔，使用一个有效的（$η>$ 90%）近场耦合方案的基础上的锥形光纤。激子发射的耦合通过将1 L-WSe $_2$放置到倏逝腔场来实现。这将微谐振器的高固有品质因数（$Q>10^6$）保持在1 L-WSe的带隙以下$_2$。腔量子产率的非线性激发功率依赖性与激子-激子湮灭模型一致。腔量子产率为$\textrm{QY}_\textrm{c}\sim10^{-3}$，与在\textit{broad emitter}状态下的操作一致（即，1 L-WSe $_2$的发射寿命显著短于裸腔衰减时间）。该方案可以作为一个精确的测量工具，分层材料的激子发射到腔模式，无论是在平面和平面外的激发。
2017-10-11 cond-mat.mes-hall
Electrically tuneable exciton-polaritons through free electron doping in monolayer WS$_2$ microcavities
我们演示了在室温下结合场效应晶体管（FET）与可调谐光学微腔的光-物质耦合控制。我们的微腔FET包括单层二硫化钨WS $_2$半导体，该半导体被转移到六方氮化硼薄片上，该六方氮化硼薄片在微腔中充当电介质间隔物，并且在FET中充当电绝缘体。在我们的可调谐系统中，单层WS $_2$和腔光子中的激子之间的强耦合可以通过控制腔长来调谐，我们以优异的稳定性实现了这一点，使我们能够选择从第二到第五阶的腔模。一旦我们实现了强耦合状态，我们就通过修改WS $_2$的导带中的自由电子载流子密度来修改半导体材料中激子的振子强度。这使得在自由电子之间能够产生强库仑排斥，这降低了激子的振子强度，直到拉比分裂完全消失。我们控制的电荷载流子密度从0到3.2 $\times$ 10 $^{12}$ cm $^{-2}$，并在此范围内的拉比分裂从最大值，取决于所选择的腔模式，下降到零，所以该系统跨越强到弱耦合制度。
2019-05-28 cond-mat.mes-hall
Brightening of spin- and momentum-dark excitons in transition metal dichalcogenides
单层过渡金属二硫属化物（TMD）由于其由亮激子态和暗激子态组成的显著激子景观而成为当前研究的焦点。虽然暗激子在光谱中不可直接看到，但它们对激子动力学有很大的影响，因此对它们的理解对于潜在的基于TMD的应用至关重要。在这里，我们研究了暗激子通过与声子和面内磁场相互作用的增亮机制。我们在WS $_2$、WSe $_2$和MoS $_2$中发现了动量暗激子和自旋暗激子的清晰特征，而MoSe $_2$的光致发光仅由亮激子决定.特别是，我们揭示了背后的机制都是自旋\textit{and}动量暗态的MoS $_2$的亮度。我们的研究结果与最近的实验结果是一致的，有助于更好地微观理解的激子景观在TMD。
2020-05-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Strong Cavity-Pseudospin Coupling in Monolayer Transition Metal Dichalcogenides: Spontaneous Spin-Oscillations and Magnetometry
单层过渡金属二硫属化物（TMDC）如MoS $_2$、MoSe $_2$、WS $_2$或WSe $_2$的电子态与二维（2D）光子腔之间的强耦合引起若干奇异效应。在单模电场作用下，具有大自旋轨道耦合的二维带隙半导体的Dirac型哈密顿量有利于纯Jaynes-Cummings型耦合.另外的圆偏振光束的存在下，引起谷和自旋依赖的腔QED属性。该腔使得TMDC单层充当片上相干光源和自发自旋振荡器。此外，腔中的TMDC单层是用于面内磁场的灵敏磁场传感器。
2015-12-09 cond-mat.mes-hall physics.atm-clus physics.optics
Thermal self-oscillations in monolayer graphene coupled to a superconducting microwave cavity
超导谐振电路中的非线性现象在量子技术领域具有重要意义。我们观察到单层石墨烯薄片耦合到钼铼超导谐振器中的热自振荡。石墨烯薄片形成耦合到具有强温度依赖性电阻的谐振器的SINIS结。在一定的泵浦功率和频率条件下，这种非线性导致热自振荡出现在具有很强的温度依赖性和门可调谐性的腔传输测量中的边带。实验结果与基于热不稳定性的理论模型吻合得很好。振荡边带的建模提供了一种方法来评估在低能量下无序石墨烯样品中的电子声子耦合。
2022-05-27 cond-mat.mes-hall quant-ph
Nonlocal Exciton-Photon Interactions in Hybrid High-Q Beam Nanocavities with Encapsulated MoS$_2$ Monolayers
原子薄的半导体可以容易地集成到广泛的纳米光子架构中，用于量子光子学和新型光电子器件中的应用。我们报道了\textit{free} trions在原始hBN/MoS $_2$ /hBN异质结构耦合到单模（Q $>10^4$）准0 D纳米腔的非局域相互作用的观察。相互作用系统的高激子和光子质量源于我们的集成纳米纤维方法，同时具有hBN封装和MoS $_2$单层内的最大化局部腔场振幅。我们观察到的腔-trion相互作用强度的非单调温度依赖性，一致的非局部的光-物质相互作用中的质量中心的波函数的范围是可比的腔模式体积在空间中。我们的方法可以推广到其他光学活性2D材料，开辟了利用量子光子学应用的新型光-物质相互作用机制的道路。
2022-12-25 cond-mat.mes-hall
Room-temperature Continuous-wave Lasing from Monolayer Molybdenum Ditelluride with a Silicon Nanobeam Cavity
单层过渡金属二硫属化物（TMD）提供了最有效的光学增益材料，并有可能使纳米激光器具有最小的增益介质和最低的能量消耗。但是基于TMD的激光演示到目前为止仅限于低温。在这里，我们展示了第一个室温下的激光操作在红外波长从一个单层的硅光子晶体纳米束腔的二碲化钼。我们的演示是通过一个独特的选择TMD材料与硅吸收以下的发射波长，结合高Q腔设计的硅纳米梁。在1132 nm的激光表现出在室温下泵浦的连续波激光，阈值密度为6.6 W/cm 2。0.202 nm的室温线宽是最窄的，相应的Q值为5603，这是TMD激光器观察到的最大值。该演示确立了TMD作为实用的纳米激光材料。硅结构为重要红外波长中的硅兼容纳米光子应用提供了额外的益处。
2017-01-27 cond-mat.mes-hall physics.optics
Strong Light-Matter Coupling in Carbon Nanotubes as a Route to Exciton Brightening
我们表明，强的光-物质耦合可以用来克服一个长期存在的问题，阻止了有效的光发射从碳纳米管。碳纳米管的名义上明亮的激子态的发光由于快速非辐射散射到具有较低能量的暗激子态而被淬灭。我们提出了一个理论分析表明，通过将碳纳米管的光学微腔的亮激子态可能会分裂成两个混合激子极化激元状态，而暗状态保持不变。对于足够强的亮激子和腔之间的耦合，我们表明，较低的极化激元的能量可能被推到暗激子的能量以下。亮激子和暗激子的相对能量的这种翻转防止暗激子淬灭发射。我们的研究结果为纳米光电子器件的能带工程提供了一种新的途径。
2019-03-22 cond-mat.mes-hall
Encapsulated silicon nitride nanobeam cavity for nanophotonics using layered materials
由于氮化硅的低折射率，氮化硅光子晶体腔的大多数现有实现依赖于悬浮膜。这样的浮动膜在机械上并不坚固，使得它们对于开发混合光电平台而言是次优的，在该平台中，新材料（诸如分层的2D材料）被转移到预先存在的光学腔上。为了解决这个问题，我们提出了一种氮化硅纳米梁谐振器设计，其中氮化硅膜由折射率为~1.5的材料（例如二氧化硅或PMMA）封装。理论计算的腔的品质因数可以高达100，000，模式体积为立方波长的2.5倍。我们制作了腔体，并测量了最高品质因数为7000的透射谱。我们还成功地转移单层钨二硒化的封装氮化硅纳米梁，并证明了腔与单层激子和缺陷发射的耦合。
2017-09-07 cond-mat.mes-hall
Purcell-enhanced single photon source based on a deterministically placed WSe$_{2}$ monolayer quantum dot in a circular Bragg grating cavity
我们展示了一个确定性的Purcell增强的单光子源，通过集成原子级薄的WSe $_{2}$层与圆形布拉格光栅腔实现。该腔显著增强了原子薄层的光致发光，并支持用$g^{(2)}(0)<0.25$产生单光子。我们观察到位于布拉格光栅腔中心的WSe $_{2}$发射器的自发发射率的一致增加。这些WSe $_{2}$发射器自对准并确定性地耦合到这样的宽带腔，配置新一代确定性单光子源，其特征在于其简单且低成本的生产和固有的可扩展性。
2021-02-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Controlling the Spontaneous Emission Rate of Monolayer MoS$_2$ in a Photonic Crystal Nanocavity
我们报道了控制二硫化钼（MoS $_2$）单层与平面光子晶体（PPC）纳米腔耦合的自发发射（SE）率。空间分辨光致发光（PL）映射显示出强烈的变化时，发射的MoS $_2$单层的PPC腔，PPC晶格上，空气间隙上，和未图案化的磷化镓衬底上。腔耦合MoS $_2$发射的偏振依赖性显示出比未耦合发射强5倍以上的提取PL强度，这表明MoS $_2$ SE率的潜在腔模Purcell增强超过70倍。
2013-10-03 cond-mat.mes-hall physics.optics
Microscopic theory of cavity-confined monolayer semiconductors: polariton-induced valley relaxation and the prospect of enhancing and controlling the valley pseudospin by chiral strong coupling
我们应用微观理论的激子极化激元在腔限制的单层过渡金属dichalcogenides，包括在单层平面中的光学偏振，允许描述如何手性腔光子相互作用的谷自由度的活性物质。极化激元形成后，居住在两个不等价的山谷的简并激子假设成键和反键叠加作为腔介导的intravalley相互作用结合谷间库仑相互作用的结果。这是谷极化的极化激元诱导的相干混合的代表。与无序相结合，这种混合倾向于打开一个新的谷弛豫通道，其随着腔耦合的增加而变得重要。重要的是，我们表明，光学腔的左，右手圆偏振光子的非对称反射提供了一个相当强大的平台，实现保守的谷偏振，作为谷本地化的激子恢复了一个不对称拉比分裂，提升其简并性。此外，我们显示这种简并提升允许波长选择性访问谷赝自旋通过极化激元诱导的手征斯塔克效应，提供有趣的机会valleytronic应用。
2020-08-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Theory of In-Plane-Magnetic-Field-Dependent Excitonic Spectra in Atomically Thin Semiconductors
Technische Universität Berlin（柏林工业大学）；University of Münster（明斯特大学）；Justus-Liebig-Universität Gießen（吉森大学）
本研究提出在原子薄半导体中，平面磁场通过诱导自旋明亮与暗态激子跃迁的混合，导致自旋暗态激子明亮化，并揭示了其光谱特征的复杂相互作用。
2026-02-13 cond-mat.mes-hall
Near-unity light absorption in a monolayer WS2 van der Waals heterostructure cavity
单层过渡金属二硫属化物（TMD）中的激子主导其光学响应，并表现出强烈的光-物质相互作用与寿命有限的发射。虽然已经应用了各种方法来增强TMD中的光激子相互作用，但所实现的强度远低于统一，并且尚未提供其潜在物理机制和基本限制的完整图片。在这里，我们介绍了一种基于TMD的范德华异质结构腔，它提供了近乎统一的激子吸收，并在超低激发功率下观察到激子复合物的发射。我们的结果与描述光-激子-腔相互作用的量子理论框架完全一致。我们发现，辐射，非辐射和退相衰变率之间的微妙的相互作用起着至关重要的作用，并揭示了一个普遍的吸收规律的激子在2D系统。这种增强的光-激子相互作用为研究激子相变和量子非线性提供了平台，并为基于二维光子晶体的光电子器件提供了新的可能性。
2019-09-09 cond-mat.mes-hall physics.optics
Directional emission from WS2 monolayer coupled to plasmonic Nanowire-on-Mirror Cavity
通过将二维过渡金属二硫族化物耦合到等离子体纳米腔中来影响二维过渡金属二硫族化物激子发射特性的光谱和方向特性已经成为二维材料纳米光子学的重要前景。在本文中，我们实验研究了定向光致发光发射二硫化钨（WS 2）单层夹在单晶等离子体银纳米线（AgNW）波导和金（Au）镜，从而形成一个AgNW-WS 2-Au腔。通过采用偏振分辨傅立叶平面光学显微镜，我们量化的AgNW-WS 2-Au腔的远端的定向发射特性。考虑到我们的几何形状同时有利于局部场增强和波导能力，我们设想其在基于2D材料的片上纳米光子信号处理中的实用性，包括非线性和量子光学制度。
2021-03-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft physics.app-ph
Enhancement of light emission in Bragg monolayer-thick quantum well structures
控制自发发射速率对于提高包括激光器、LED和光致发光器件的不同半导体应用中的效率是重要的。通常，应将发射器放置在腔内以增加自发发射率，尽管这在技术上具有挑战性。在这里，我们实验证明了超辐射的现象，观察到在无腔周期性布拉格结构的基础上InAs单层厚的多量子阱（MQW）。集体超辐射模式显示出特定角度和频率的增强发射率。这种行为与显示布拉格条件曲线附近的增强的珀塞尔系数的各个点的计算相关。该研究为实现分布反馈的面发射无腔激光器提供了一种新的思路。
2019-04-25 cond-mat.mes-hall physics.optics
Control over cavity exciton polaritons in monolayer semiconductors
本研究通过将TMD异质结与光子晶体纳米腔强耦合，利用静电门控调控掺杂水平，实现二维激子极化激元的电学调控及弱到强耦合的连续转变，为相关物理研究和器件应用奠定基础。
2023-11-07 cond-mat.mes-hall physics.optics
Brightening dark excitons and trions in systems with a Mexican-hat energy dispersion: example of InSe
本文以单层 InSe 为例，用变分法研究墨西哥帽型色散二维材料中动量暗激子与三激子的性质，并分析声子耦合点亮机制及光致发光光谱，为光电器件利用暗激子开辟新方向。
2025-06-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Phonoritons in a monolayer hBN optical cavity
声子是一种基元激发，预计将从激子、声子和光子之间的杂化中出现。除了有趣的多粒子结构，声子是感兴趣的，因为它们可以作为功能节点的设备，利用电子，声子和光子元件的能量转换和热传输应用。虽然声子被预言在强电磁波照射下会出现在激子介质中，但它们存在的严格条件却无法在固体中直接观察到。特别是，共振，强烈的泵浦方案已被提出，但过度的光激发的载流子阻止光学检测。在这里，我们从理论上预测的外观的声子特性在单层六方氮化硼（hBN）嵌入在一个光学腔。激子-极化激元分支与声子副本的杂交证明了声子态的相干叠加性质，声子副本可由腔-物质耦合强度调节。这一发现同时提供了一个实验途径来观察预测的声子，并开辟了一个新的途径，调谐材料的性能。
2021-02-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Brightened emission of dark trions in transition-metal dichalcogenide monolayers
本研究揭示了过渡金属二硫族化物单层中暗三子发光增亮的机制，即通过电子-电子或空穴-空穴辅助的二阶复合过程，并发现其g因子符号反转，提出了涉及Γ价带的增亮机制。
2025-01-21 cond-mat.mes-hall
Bose polaron interactions in a cavity-coupled monolayer semiconductor
移动量子杂质和玻色浴之间的相互作用导致准粒子的形成，称为玻色极化子。玻色极化子的基本性质，例如它们之间的相互作用，可能与裸杂质的性质有很大的不同。在这里，我们探讨玻色极化子物理在二维非平衡设置注入$σ^-$极化激子极化激元杂质到浴的相干$σ^+$极化激元产生的单层MoSe $_2$嵌入在光学腔的共振激光激发。通过利用双激子费什巴赫共振之间的杂质和浴极化激元，我们调整的相互作用系统的强耦合制度，并证明了两个新的准粒子分支的共存。利用时间分辨的泵浦探测测量，我们观察到极化子修饰如何改变杂质极化激元之间的相互作用。值得注意的是，我们发现，高能量极化子准粒子之间的相互作用，这是排斥小浴占用，可以成为有吸引力的强杂质浴耦合制度。我们的实验提供了在任何物理系统中玻色极化子-极化子相互作用强度的第一个直接测量，并为探索和控制驱动耗散设置中的多体相关性铺平了道路。
2022-12-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.quant-gas
Monolayer graphene as dissipative membrane in an optical resonator
我们实验证明了原子级薄的，独立的石墨烯膜的光学腔的耦合。通过改变膜的位置沿驻波场的腔，我们定制的膜和腔之间的耗散耦合，我们表明，耗散耦合可以超过色散耦合。这样一个系统，其中控制耗散优于色散，将证明是有用的新的激光冷却方案在光学机械。此外，我们还测定了自支撑单层石墨烯在780 nm处的连续光损伤阈值为1.8（4）~MW/cm $^2$。
2016-06-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.other physics.optics
Monolayer MoSe2: A candidate for room temperature polaritonics
单层MoSe 2是一种很有前途的新材料，用于研究先进的光-物质耦合，因为它拥有稳定和强大的激子，具有非常窄的光学共振。在这项工作中，我们调查的最低躺激子跃迁，所谓的A-谷激子，与温度的演变。我们发现一个强大的，声子引起的温度加宽的共振，更重要的是，降低的振荡器强度的温度增加。基于这些实验提取的，温度相关的参数，我们应用耦合振荡器模型来阐明观察的A-激子和微腔共振在三个原型光子结构与不同的模式体积之间的强耦合制度的可能性。我们发现，激子极化激元的形成短，单片电介质和Tamm-based结构的环境条件似乎是可行的。与此相反，温度引起的过渡到弱耦合制度，可以预期的结构与扩展的有效腔长。在此基础上，我们计算并绘制了MoSe_2腔中极化激元玻色凝聚的相图。
2016-03-17 cond-mat.mes-hall
Measurement of the Spin-Forbidden Dark Excitons in MoS2 and MoSe2 monolayers
激子的结合能为几百毫电子伏的控制过渡金属二硫属化物单层的光学性质。因此，了解这些激子的精细结构对于了解这些2D材料的光电特性至关重要。在这里，我们测量的激子精细结构的二硫化钼和MoSe 2单层封装在氮化硼的磁光致发光光谱在磁场高达30 T。在横向磁场中进行的实验揭示了MoS2单层中自旋禁戒暗激子的增亮：我们发现暗激子出现在亮激子下方14 meV处。在倾斜磁场中进行的测量提供了中性激子精细结构的可想象的描述。实验结果与考虑交换相互作用对亮、暗激子态以及与磁场相互作用的模型一致。
2020-02-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Exciton-Polaritons Dynamics of a Monolayer Tungsten Disulphide (WS2) Coupled to a Semiconductor Microcavity
我们提出了一个理论模型，使我们能够描述激子极化激元的动力学在强耦合制度在单层WS 2为基础的半导体微腔。利用玻尔兹曼方程的数值模拟给出了在130- 230 K温度范围内，在非共振激发下极化激元动力学的整体描述。这里，仅考虑从上（UP）到下（LP）极化激元分支经由光学声子（LO）的散射率。根据这个模型，我们显示的极化激元态的辐射寿命相对于极化激元弛豫速率的重要性。结果表明，当腔失谐量从负（130 K）到正（230 K）变化时，UP分支可以从更像激子的状态调谐到更像光子的状态，且波矢k较小.我们推断UP态具有更快的寿命，并且极化子弛豫到LP能态的时间变得非常有效。因此，UP占用开始减少，并且我们观察到LP分支的占用同时增加。此外，当激发泵浦速率较小时，极化激元态所占比例较小，计算结果与实验结果呈线性关系。在高抽运区，我们观察到了腔极化激元的非线性行为，并且达到了远大于1的占据因子。
2018-06-09 cond-mat.mes-hall
Persistent entanglement of valley exciton qubits in transition metal dichalcogenides integrated into a bimodal optical cavity
我们报告耗散动力学的两个谷激子居住在$K$和$K^\prime$ -裸WSe $_2$单层谷和一个被集成到一个双峰光学腔。在前者中，只有当$K$和$K^\prime$ -谷中激子场失谐量严格相等（共振失谐量）时，才能产生部分纠缠定态。否则，激子量子比特的并发度变为零。值得注意的是，在后者（WSe $_2$单层在一个双峰光学腔），从一个子系统（激子/光）的纠缠转移到其他（光/激子）发生。因此，激子量子比特的有限定态共存总是产生的，无论激子场失谐在两个山谷是共振或非共振。此外，它甚至可以达到高达1（两个谷激子的最大纠缠态）。由于不存在具有严格共振失谐的真实系统，因此将WSe $_2$单层浸入双模光学腔中提供了克服裸WSe $_2$所面临的挑战的机会，从而打开了潜在量子位的新领域。
2022-09-09 cond-mat.mes-hall quant-ph
Strongly nonlinear nanocavity exciton-polaritons in gate-tunable monolayer semiconductors
本文将电荷可调MoSe2单层耦合到光子晶体纳米腔，实验实现强非线性腔激子-极化激元，揭示其非线性源于高粒子数密度下激子退相干增强导致强耦合破缺，并在约4 fJ超低能量下实现皮秒级全光开关。
2024-11-25 cond-mat.mes-hall physics.optics
Nanobubble induced formation of quantum emitters in monolayer semiconductors
近年来，过渡金属二硫属化物（TMDC）中激子量子发射体的发现引起了人们对低维体系中局域激子的研究兴趣。关于先前归因于掺杂剂和/或缺陷以及应变电位的微观起源，仍然存在悬而未决的问题。在这里，我们表明，量子发射体可以故意诱导WSe 2和BN/WSe 2异质结构中的纳米气泡形成。原子力显微镜和高光谱光致发光图像的相关性表明，量子发射体和trion无序的起源是外在的，分别与10 nm高的纳米气泡和70 nm高的皱纹。我们进一步证明，在没有0 D量子发射体和trion无序的情况下，热冲压的结果。所展示的技术是有用的纳米激光器和确定性的形成腔QED系统在单层材料的进步。
2016-12-19 cond-mat.mes-hall
Observation of hybrid Tamm-plasmon exciton-polaritons with GaAs quantum wells and a MoSe2 monolayer
在腔量子电动力学的框架中，激子和微腔光子之间的强的光-物质耦合导致光和物质激发的杂化。当来自不同主体介质的各种激发强烈耦合到相同的光学共振时，出现集体强耦合的状态。这导致在三种混合极化激元模式中的各种物质组分的良好可控的混合物。在这里，我们研究了腔器件与四个嵌入式GaAs量子阱托管激子光谱匹配的A-谷激子共振的MoSe 2单层。在动量分辨光致发光和反射率研究中证明了混合极化激元模式的形成。我们用热力学模型描述了激子-极化激元沿混合模的能量和k矢量分布，与实验符合得很好。
2017-07-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.quant-gas
Optimal condition to probe strong coupling of two-dimensional excitons and zero-dimensional cavity modes
与耦合到零维（0 D）光子腔的二维（2D）激子跃迁相关联的光-物质相互作用从根本上不同于量子点或色心中的耦合局域激发，量子点或色心与腔限制模式分布相比具有可忽略的空间范围。通过计算表面沉积的二维材料和一维光子晶体纳米束模式的激子跃迁的辐射-物质耦合，我们发现，由于激子包络函数面积最小化和总积分场最大化之间的竞争，单层材料存在最佳空间范围，使这种相互作用强度最大化。这与迪克模型的直觉相反，迪克模型中的振子强度预计会随着振子的数量单调增长，这与单层面积相关，假设激子波函数在整个量子阱上离域。我们还发现，在激子-腔失谐量接近于零时，波导集成腔的直接传输效率会受到严重抑制，这表明可以通过使用侧耦合腔来进行实验以获得更好的性能。
2021-06-30 cond-mat.mes-hall physics.optics
Ultra-Sensitive Extinction Measurements of Optically Active Defects in Monolayer MoS$_2$
我们利用腔增强消光光谱直接量化的氦离子轰击所产生的缺陷在MoS $_2$的光吸收。我们实现了特定缺陷模式的高光谱成像，其检测限低于0.01%消光，对应于低于$10^{11}$ cm $^{-2}$的可检测缺陷密度。相应的光谱揭示了一个宽的子带隙吸收，与理论预测有关的硫空位束缚激子在MoS $_2$。我们的研究结果突出了腔增强消光光谱作为检测具有弱吸收的纳米级薄膜中的光学跃迁的有效手段，适用于广泛的材料。
2022-12-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Cavity-control of bright and dark interlayer excitons in van der Waals heterostructures
单层（ML）过渡金属二硫属化物（TMD）集成在光学微腔主机激子极化激元作为一个标志的强光-物质耦合制度。类似的概念，混合轻物质系统采用空间间接激子与永久的电偶极矩在异质双层（HBL）晶体的承诺实现激子极化激元气体和凝聚体与immersed偶极相互作用。在这里，我们确定了空间间接的动量明亮和动量暗层间激子的垂直MoSe $_2$ -WSe $_2$异质结构的光学签名和实施腔控制的激子流形。我们的实验量化的强度轻物质耦合为零和有限动量激子驻留在莫尔超晶格的TMD HBLs，并表明这两个激子物种容易受到Purcell增强腔修改的光子环境。我们的结果形成的基础上，偶极激子极化激元气体和凝聚体的混合腔-范德华异质结构系统的进一步发展。
2017-10-25 cond-mat.mes-hall
Ultra-Low Threshold Monolayer Semiconductor Nanocavity Lasers
通过光子腔设计纳米级光发射器的电磁环境可以通过Purcell机制中的腔量子电动力学显著增强其自发发射率。这种效应可以大大降低发射器的激射阈值，从而提供具有小尺寸、低功耗和超快调制的最终低阈值激光系统。通过在光子晶体腔中嵌入量子点，成功研制出了一种新型的超低阈值纳米激光器。然而，几个核心挑战阻碍了这种架构的实际应用，包括点的随机位置和成分波动，电流注入的极端困难，以及缺乏与电子电路的兼容性。在这里，我们报告了一种新的激光策略，其中原子薄的晶体半导体，即，二硒化钨（WSe 2）单层作为增益介质非破坏性且确定性地引入预制PhCC表面。一种新型的连续波纳米激光器工作在可见光区，在130 K的光泵浦阈值低至27 nW，类似于在量子点PhCC激光器中实现的值。激光作用的关键在于增益介质的单层性质，其将直接带隙激子限制在PhCC表面的1 nm内。表面增益的几何形状允许前所未有的accessibility多功能化的增益，使电泵浦操作。我们的方案是可扩展的，并与集成光子片上光通信技术兼容。
2015-02-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Probing Dark Excitons in Monolayer MoS$_2$ by NonLinear Two-Photon Spectroscopy
通过二次谐波光谱在单层MoS2中发现暗激子，观察到反交叉现象，并利用纳米束腔调控其弛豫，展示了暗激子在非线性量子器件中的潜力。
2024-08-21 cond-mat.mes-hall
Deterministic coupling of site-controlled quantum emitters in monolayer semiconductors to plasmonic nanocavities
固态单量子发射器是片上光子量子技术的关键资源，需要有效的腔-发射器耦合来实现超越单节点水平的量子网络。以前增强光-物质相互作用的方法依赖于在随机定位的量子点或色心周围形成纳米腔，但缺乏对量子发射器本身的空间控制，而这是缩放所需的。在这里，我们展示了一种确定性的方法来实现珀塞尔增强光刻定义的位置使用尖锐的角落的金属纳米立方体的电场增强和变形的二维材料。对于形成单层WSe 2的3 × 4应变诱导激子量子发射体阵列，我们显示了自发发射率增强，其中Purcell因子（FP）高达FP=1050（平均FP=272），单光子纯化和腔增强的量子产率从最初的1%增加到15%。我们的纳米等离子体平台的实用性适用于其他2D材料，包括氮化硼，为量子光子学开辟了新的进展。
2018-04-18 cond-mat.mes-hall physics.optics
Tunability of electrical and thermoelectrical properties of monolayer MoS$_2$ through oxygen passivation
采用一种新颖的基于微腔的CVD生长技术生长了严格单层的MoS $_2$薄膜，研究了其在不同环境和退火条件下的电学和热电性能。利用光刻技术在连续单层MoS $_2$层上制备的热电器件的电阻在525 K真空退火后降低了约6个数量级。该层的Seebeck系数在退火后也降低了几乎一个数量级。当样品暴露于氧气气氛中时，这些参数恢复到其先前的值。事实上，已经发现可以通过控制退火温度和氧暴露来调节材料的电子浓度、迁移率以及热电功率。一旦建立，只要该层不暴露于氧气环境，这些值就保持不变。这可以提供一种独特的方式来控制材料中的掺杂，只要设计出有效的封装方法。这种控制是设备应用向前迈出的重要一步。该效应归因于物理吸附的氧分子对存在于MoS $_2$膜中的二硫空位供体的钝化。用密度泛函理论进行了能带结构计算，结果证实了这一观点。
2020-03-07 cond-mat.mes-hall
Enhanced nonlinear interaction of polaritons via excitonic Rydberg states in monolayer WSe2
强光学非线性在实现量子光子技术中发挥着核心作用。在固态系统中，激子-极化激元是实现这种非线性的一个有吸引力的候选者，它是由材料激发和腔光子的杂化产生的。在这里，激子之间的相互作用形成了极化激子非线性的基础。虽然基态激子之间的相互作用产生显著的光学非线性，但是这种基态相互作用的强度通常不足以达到量子非线性光学和强单极化激子相互作用的范围。然而，激发态具有增强的相互作用，因此有望进入单光子非线性的量子域，如冷原子系统的高位里德堡态所示。最近在单层过渡金属二硫属化物中观察到了处于激发态的激子。在这里，我们证明了激子极化激元的形成使用的第一激发激子态在单层二硒化钨（WSe 2）嵌入在微腔中。由于较大的激子尺寸相比，其基态对应物，实现的极化激元表现出增强的非线性响应超过一个数量级，证明通过修改的腔拉比分裂。二维半导体中激发激子-极化激元及其增强的非线性响应的演示，为在固态系统中产生强光子相互作用迈出了第一步，这是量子光子技术的必要组成部分。
2019-12-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Valley coherent exciton-polaritons in a monolayer semiconductor
二维过渡金属二硫属化物（TMD）半导体提供了使用偏振光访问电子谷自由度的独特可能性，从而为远距离系统之间的谷信息传递开辟了道路。具有明确定义的谷指数（或谷赝自旋）的激子以及激子谷态的叠加可以分别用具有圆偏振和线偏振的光产生。然而，所产生的激子具有短的寿命（ps），并且还受到电子-空穴交换相互作用的影响，导致谷赝自旋和相干性的快速弛豫。在这里，我们表明，这些过程的控制，可以通过嵌入单层的WSe $_2$在光学微腔中，其中部分光部分物质激子极化激元形成在强的光-物质耦合制度。我们证明了谷相干极化激元种群的光学初始化，表现出发光的线性偏振度高达3倍以上的激子。我们进一步控制的极化激元谷相干性的演变，使用法拉第磁场旋转谷赝自旋的角度定义的激子腔模失谐，这超过了裸激子的旋转角。这项工作提供了独特的见解，在TMD的退相干机制，并展示了潜在的工程谷赝自旋动力学在单层半导体嵌入光子结构。
2018-04-24 cond-mat.mes-hall
Coherent Coupling of WS_2 Monolayers with Metallic Photonic Nanostructures at Room Temperature
研究了室温下WS_2单层激子跃迁与金属法布里-珀罗和等离子体光学腔的强耦合。拉比分裂的101毫电子伏的法布里-珀罗腔观察到的，超过两倍的其他2D材料的报告日期。WS_2单层强耦合的增强和可见性归因于较大的吸收系数、较窄的A激子跃迁线宽和较大的自旋-轨道耦合。对于WS_2耦合到等离子体阵列，拉比分裂仍然达到60 meV，尽管不太有利的耦合条件，并显示有趣的光致发光功能。在室温下容易制造的金属谐振器中WS_2单层强耦合的明确特征表明了将轻物质杂化与自旋和谷电子学结合的许多可能性。
2016-04-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Infrared magneto-polaritons in MoTe$_2$ mono- and bilayers
本研究通过实验与理论结合，在低温微腔中研究了MoTe$_2$单层和双层的红外激子-极化激元，发现双层具有增强的振荡器强度和发光（拉比分裂增加38%），并揭示了极化自旋-谷锁定和自旋-层锁定效应。
2024-07-20 cond-mat.mes-hall
Electrically tuneable exciton energy exchange between spatially separated 2-dimensional semiconductors in a microcavity
电控制激子之间的能量交换介导的腔极化激元在室温下进行了演示。基于WS $_2$和MoS $_2$单层的空间分离的场效应晶体管被放置在可调谐的法布里-珀罗微腔中。该器件是专门设计用于激子极化激元的形成，结合两个激子物种和一个可调谐的腔模式。它进一步表明，WS $_2$膜中的自由载流子密度的调谐导致拉比分裂的强烈调制，修改激子和激子-极化激元的光子性质。极化激元器件的电控制可以导致使用可切换的量子态的技术应用。
2019-05-29 cond-mat.mes-hall
Control of Two-Dimensional Excitonic Light Emission via Photonic Crystal
过渡金属二硫属化合物（TMDCs）单分子膜是一种新型的二维光电子材料，具有丰富的自旋-谷相互作用、可调激子效应和强的光-物质相互作用。许多光子应用的一个重要但尚未开发的成分是操纵其光发射。在这里，我们演示了激子光发射的控制单层二硒化钨（WSe 2）在集成的光子结构，实现了通过转移一个单层到一个光子晶体（PhC）与腔。除了观察到大大增强（~60倍）的WSe 2的光致发光和有效耦合的腔模发射，我们能够重新分配发射的光子的极性和方位角在远场通过设计光子晶体结构，如动量分辨显微镜所揭示的。由此构造了2D光学天线。我们的工作提出了一种在混合2D光子学中操纵光子的新方法，这对未来的节能光电子学和2D纳米激光器很重要。
2013-11-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Molecular monolayer strong coupling in dielectric soft microcavities
我们报道了J聚集染料分子单层在室温下与介电微球回音壁模式的强耦合。我们系统地研究了随着染料分子层数的增加，强耦合的演化，我们发现Rabi分裂从单层的56 meV上升到四层染料分子的94 meV。我们比较我们的实验结果与二维数值模拟和一个简单的耦合振荡器模型，发现很好的协议。我们预计，这些结果将作为一个垫脚石，在微流体环境中集成分子腔强耦合，因为微球可以很容易地被困在这样的环境中，并提供开放的访问腔。
2020-02-21 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.optics
Mass inversion at the Lifshitz transition in monolayer graphene by diffusive, high-density, on-chip, doping
针对传统输运测量装置无法兼容超高真空化学掺杂、场效应掺杂密度不足的问题，开发了扩散型碱金属蒸气片上掺杂方法，实现超高载流子掺杂并观测到石墨烯Lifshitz转变的回旋质量反转。
2024-01-16 cond-mat.mes-hall
Wide Angle Dynamically Tunable Enhanced Infrared Absorption on Large Area Nanopatterned Graphene
通过在纳米图案化单层石墨烯上激发狄拉克等离子体来增强光-物质相互作用是实现高红外吸收的有效途径。在此，我们设计并制备了具有和不具有光学腔的纳米孔和纳米盘的六边形平面阵列，在图案化的石墨烯上激发Dirac等离子体，并研究了等离子体寿命、消光截面、入射光偏振、入射光角度和图案尺寸对光吸收光谱的影响。
2018-06-03 cond-mat.mes-hall
Robust polaritons in magnetic monolayers of CrI3
本文通过第一性原理计算证明CrI3单层可实现强光-物质耦合，其激子与微腔光子杂化产生高达35 meV的Rabi劈裂和20 meV的Zeeman劈裂，为磁极化激元应用提供理想平台。
2022-08-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Coupling of MoS$_2$ Excitons with Lattice Phonons and Cavity Vibrational Phonons in Hybrid Nanobeam Cavities
我们报告了中性激子X $^0$和谷内激子X $^-$在hBN封装的二硫化钼$_2$单层嵌入纳米束腔共振拉曼光谱。通过温度调谐MoS $_2$晶格声子的拉曼模与X $^0$ /X $^-$发射峰之间的失谐量，研究了激子、晶格声子和腔振动声子之间的相互耦合.我们观察到X $^0$诱导的拉曼散射的增强和X $^-$诱导的抑制，并解释我们的发现所产生的三方激子-声子-声子耦合。腔振动声子为晶格声子散射中的共振条件提供X $^0$的中间副本态，从而增强拉曼强度。与此相反，三方耦合涉及X $^-$被发现要弱得多，观察解释的几何形状依赖的极性的电子和空穴变形的潜力。我们的研究结果表明，晶格和纳米力学模式之间的声子杂化在二维材料纳米光子系统中的激子量子物理和光-物质相互作用中起着关键作用。
2023-03-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Coherent interaction of WS$_2$ and quasi-2D perovskite excitons over micrometer distances via a cavity field
Carl von Ossietzky Universität Oldenburg（奥尔登堡卡尔·冯·奥西埃茨基大学）；Philipps-Universität Marburg（马尔堡菲利普斯大学）；Wroclaw University of Science and Technology（弗罗茨瓦夫科技大学）；University of Applied Sciences Emden/Leer（埃姆登/莱尔应用科学大学）；Fraunhofer-Institute for Applied Optics and Precision Engineering IOF（弗劳恩霍夫应用光学和精密工程研究所IOF）；Friedrich Schiller University, Jena（耶拿弗里德里希·席勒大学）；University of Chemistry and Technology Prague（布拉格化学技术大学）；Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）；Vidyasirimedhi Institute of Science and Technology (VISTEC)（维他西亚米德科学与技术学院(VISTEC)）；Laboratoire National des Champs Magnétiques Intenses, EMFL, CNRS UPR, 3228, University Grenoble Alpes, University Toulouse, University Toulouse 3, INSA-T Grenoble（强磁场国家实验室，EMFL，CNRS UPR 3228，格勒诺布尔阿尔卑斯大学，图卢兹大学，图卢兹第三大学，INSA-T格勒诺布尔）
本研究在室温下通过含单层WS₂与准二维卤化物钙钛矿的开放光学腔，实现了微米尺度下两种材料激子的相干耦合，证实了相关极化激元分支的存在，为新型极化激元功能提供了基础。
2026-09-04 cond-mat.mes-hall
Room temperature Tamm-Plasmon Exciton-Polaritons with a WSe2 monolayer
固态腔量子电动力学是探索光-物质耦合前沿的一个快速发展的领域。等离子体激元方法在这一领域特别感兴趣，因为它们具有将光学模式挤压到显著低于衍射极限的空间的潜力1，2，增强了光-物质耦合。它们还可作为一种架构，用于设计具有最小占地面积的超快速非线性集成电路3。过渡金属二硫属化物非常适合作为这种电路中的活性材料，因为它们在最终单层极限下与光强烈相互作用4。在这里，我们实现了Tamm-plasmon-polariton结构，并研究了WSe 2单层的耦合，托管高度稳定的激子5。激子-极化子形成在室温下表现在光致发光中研究的特征能量-动量色散关系中，其特征在于激子和光子模式之间的反交叉，拉比分裂为23.5 meV。在环境条件下在具有原子单层的等离子体结构中创建极化激元准粒子是迈向紧凑的高度非线性集成光子和极化激元电路的关键一步6，7。
2016-04-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.quant-gas physics.optics
Valley addressable exciton-polaritons in atomically thin semiconductors
虽然传统的半导体技术依赖于电荷的操纵来实现计算逻辑，但诸如自旋和谷的附加自由度为信息的编码提供了替代途径。在存在自旋谷锁定的过渡金属二硫属化物（TMD）单层中，已经报道了MoS $_2$、WSe $_2$和WS $_2$的谷手性的强保留，而MoSe $_2$显示出极低的谷极化保留。在这项工作中，手性选择性的螺旋激发下的MoSe $_2$腔极化激元的极化程度，可以控制的激子腔失谐报告。与在MoSe $_2$激子和trion共振中看到的非常低的圆偏振度相反，我们观察到当在极化激子制度中时高达7倍的显著增强。在这里，极化激元引入了快速衰减机制，其抑制全谷赝自旋弛豫，从而允许在发射光中增加注入偏振的保留。适用于任何TMD半导体中的腔极化激元的动力学模型，再现失谐依赖性，通过纳入腔修改激子弛豫，允许估计的自旋弛豫时间在MoSe $_2$，这是一个数量级的速度比那些在其他TMD报道。谷可寻址激子极化激元在这里报道提供了强大的谷极化状态，展示了基于嵌入在光子结构中的TMD的谷电子器件的前景，具有谷依赖的非线性极化激元-极化激元相互作用的显着潜力。
2016-12-15 cond-mat.mes-hall
