論文の概要: Highly tunable room-temperature plexcitons in monolayer WSe2 /gap-plasmon nanocavities

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2311.02513v1
• Date: Sat, 4 Nov 2023 21:16:46 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-11-07 17:18:49.886865
• Title: Highly tunable room-temperature plexcitons in monolayer WSe2 /gap-plasmon nanocavities
• Title（参考訳）: 単層WSe2/ギャッププラズモンナノキャビティにおける高可変室温プレクシトン
• Authors: Thomas P. Darlington, Mahfujur Rahaman, Kevin W.C. Kwock, Emanuil Yanev, Xuehao Wu, Luke N. Holtzman, Madisen Holbrook, Gwangwoo Kim, Kyung Yeol Ma, Hyeon Suk Shin, Andrey Krayev, Matthew Strasbourg, Nicholas J. Borys, D. N. Basov, Katayun Barmak, James C. Hone, Abhay N. Pasupathy, Deep Jariwala, P. James Schuck
• Abstract要約: 2次元半導体単層膜における実時間, 室温調整可能な強いプラズモン・エキシトン結合を実現する。 プラズモンナノプローブで圧力を印加することにより,エキシトンエネルギーとナノキャビティプラズモン共鳴を協調的に制御できることを示す。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: The advancement of quantum photonic technologies relies on the ability to precisely control the degrees of freedom of optically active states. Here, we realize real-time, room-temperature tunable strong plasmon-exciton coupling in 2D semiconductor monolayers enabled by a general approach that combines strain engineering plus force- and voltage-adjustable plasmonic nanocavities. We show that the exciton energy and nanocavity plasmon resonance can be controllably toggled in concert by applying pressure with a plasmonic nanoprobe, allowing in operando control of detuning and coupling strength, with observed Rabi splittings >100 meV. Leveraging correlated force spectroscopy, nano-photoluminescence (nano-PL) and nano-Raman measurements, augmented with electromagnetic simulations, we identify distinct polariton bands and dark polariton states, and map their evolution as a function of nanogap and strain tuning. Uniquely, the system allows for manipulation of coupling strength over a range of cavity parameters without dramatically altering the detuning. Further, we establish that the tunable strong coupling is robust under multiple pressing cycles and repeated experiments over multiple nanobubbles. Finally, we show that the nanogap size can be directly modulated via an applied DC voltage between the substrate and plasmonic tip, highlighting the inherent nature of the concept as a plexcitonic nano-electro-mechanical system (NEMS). Our work demonstrates the potential to precisely control and tailor plexciton states localized in monolayer (1L) transition metal dichalcogenides (TMDs), paving the way for on-chip polariton-based nanophotonic applications spanning quantum information processing to photochemistry.
• Abstract（参考訳）: 量子フォトニック技術の進歩は、光学活性状態の自由度を正確に制御する能力に依存している。 そこで我々は, ストレイン工学と電圧調整可能なプラズモンナノキャビティを組み合わせた一般手法により, 2次元半導体単層におけるリアルタイム, 室温調整可能な強プラズモン・エキシトン結合を実現する。 エキシトンエネルギーとナノキャビティプラズモン共鳴は、プラズモニック・ナノプローブに圧力を印加することで、同期的に制御可能であり、ラビの分裂が100mevを超え、デチューニングと結合強度をオペロンドで制御できることを示した。 相関力分光法、ナノフォトルミネッセンス(ナノPL)、ナノラマン測定を応用し、電磁シミュレーションで拡張し、異なる偏光子バンドと暗い偏光子状態を特定し、ナノギャップとひずみチューニングの関数としてそれらの進化をマッピングした。 このシステムは、デチューンを劇的に変更することなく、様々な空洞パラメータの結合強度を操作できる。 さらに,複数の押圧サイクルと複数のナノバブルを用いた繰り返し実験により,波長可変の強いカップリングが頑健であることが判明した。 最後に, ナノギャップサイズは, 基板とプラズモニック先端間の印加直流電圧により直接変調可能であることを示し, 複合型ナノエレクトロメカニカルシステム(NEMS)としての概念の性質を強調した。 本研究は,単層(1l)遷移金属ジカルコゲナイド (tmds) に局在するプレキシトン状態を正確に制御し, 調整する可能性を実証し, 量子情報処理から光化学へのオンチップ・ポラリトン系ナノフォトニクス応用への道を開く。

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