Single quantum emitters in monolayer semiconductors

离域电子 激子 物理 二硒化钨 光子 简并能级 电子 凝聚态物理 光子学 分子物理学 原子物理学 光电子学 化学 量子力学 生物化学 过渡金属 催化作用
作者
Yuming He,Genevieve Clark,John R. Schaibley,Yu He,Ming-Cheng Chen,Yu-Jia Wei,Xing Ding,Qiang Zhang,Wang Yao,Xiaodong Xu,Chao‐Yang Lu,Jian-Wei Pan
出处
期刊:Nature Nanotechnology [Nature Portfolio]
卷期号:10 (6): 497-502 被引量:935
标识
DOI:10.1038/nnano.2015.75
摘要

Emission of single photons can be achieved by using defects in two-dimensional crystals as a source of luminescence. Single quantum emitters (SQEs) are at the heart of quantum optics1 and photonic quantum-information technologies2. To date, all the demonstrated solid-state single-photon sources are confined to one-dimensional (1D; ref. 3) or 3D materials4,5,6,7. Here, we report a new class of SQEs based on excitons that are spatially localized by defects in 2D tungsten-diselenide (WSe2) monolayers. The optical emission from these SQEs shows narrow linewidths of ∼130 μeV, about two orders of magnitude smaller than those of delocalized valley excitons8. Second-order correlation measurements revealed a strong photon antibunching, which unambiguously established the single-photon nature of the emission9. The SQE emission shows two non-degenerate transitions, which are cross-linearly polarized. We assign this fine structure to two excitonic eigenmodes whose degeneracy is lifted by a large ∼0.71 meV coupling, probably because of the electron–hole exchange interaction in the presence of anisotropy10. Magneto-optical measurements also reveal an exciton g factor of ∼8.7, several times larger than those of delocalized valley excitons11,12,13,14. In addition to their fundamental importance, establishing new SQEs in 2D quantum materials could give rise to practical advantages in quantum-information processing, such as an efficient photon extraction and a high integratability and scalability.
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