論文の概要: Single photon emitters in monolayer semiconductors coupled to transition metal dichalcogenide nanoantennas on silica and gold substrates

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2408.01070v1
• Date: Fri, 2 Aug 2024 07:44:29 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2024-08-05 14:17:04.733056
• Title: Single photon emitters in monolayer semiconductors coupled to transition metal dichalcogenide nanoantennas on silica and gold substrates
• Title（参考訳）: シリコンおよび金基板上の遷移金属ジアルコゲナイドナノアンテナと結合した単層半導体における単一光子放出体
• Authors: Panaiot G. Zotev, Sam A. Randerson, Xuerong Hu, Yue Wang, Alexander I. Tartakovskii,
• Abstract要約: 遷移金属ジアルコゲナイド(TMD)単一光子エミッタは、量子情報応用に多くの利点をもたらす。 シリコンやガリウムホスプヒド(GaP)などのナノ共振器の製造に用いられる伝統的な材料は、高い屈折率の基質を必要とすることが多い。 ここでは,多層TMDで作製したナノアンテナ(NA)を用いて,基板選択による完全な柔軟性を実現する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 49.87501877273686
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Transition metal dichalcogenide (TMD) single photon emitters (SPEs) offer numerous advantages to quantum information applications, such as high single photon purity and deterministic positioning. Strain in the host monolayer, induced by underlying dielectric Mie resonators, is known to localize their formation to positions co-located with near-field photonic hotspots providing further control over their optical properties. However, traditional materials used for the fabrication of nanoresonators, such as silicon or gallium phosphide (GaP), often require a high refractive index substrate resulting in losses of the emitted light and limited photonic enhancement. Here, we use nanoantennas (NAs) fabricated from multilayer TMDs, which allow complete flexibility with the choice of substrate due to the adhesive van der Waals forces, enabling high refractive index contrast or the use of highly reflective metallic surfaces. We demonstrate the localized formation of SPEs in WSe$_2$ monolayers transferred onto WS$_2$ NAs on both SiO$_2$ and Au substrates, enabling strong photonic enhancements and increased single photon collection. We provide evidence for enhanced quantum efficiencies (QE) reaching an average value of 43% (7%) for SPEs on WS$_2$ NAs on a SiO$_2$ (Au) substrate. We further combine the advantages offered by both dielectric and metallic substrates to numerically simulate an optimized NA geometry for maximum WSe$_2$ single photon excitation, emission, collection. Thus, the fluorescence is enhanced by a factor of over 4 orders of magnitude compared to vacuum and 5 orders of magnitude compared to a flat SiO$_2$/Si surface. Our work showcases the advantages offered by employing TMD material nanoresonators on various substrates for SPE formation and photonic enhancement.
• Abstract（参考訳）: 遷移金属ジアルコゲナイド(TMD)単光子エミッタ(SPE)は、高い単一光子純度や決定論的位置決めなどの量子情報応用に多くの利点をもたらす。 誘電体Mie共振器によって誘導されるホスト単分子膜のひずみは、その形成を光学特性をより制御するために、近接場フォトニックホットスポットと共配置された位置に局在させることが知られている。 しかし、シリコンやガリウムホスプヒド(GaP)のようなナノ共振器の製造に用いられる伝統的な材料は、しばしば高屈折率の基板を必要とするため、発光光の損失と光強度の制限が生じる。 そこで我々は,多層TMDから作製したナノアンテナ(NA)を用いて,接着ファンデルワールス力による基板選択による完全な柔軟性を実現し,高い屈折率コントラストや高反射率金属表面の利用を可能にした。 SiO$_2$およびAu基板上のWS$_2$NAsに移動したWSe$_2$単分子膜におけるSPEの局在化を実証し,光機能強化と単一光子コレクションの増大を可能にした。 SiO$_2$(Au)基板上で、WS$_2$NAs上でSPEの平均値が43%(7%)に達する量子効率(QE)が向上する証拠を提供する。 さらに、誘電体基板と金属基板の両方で得られる利点を組み合わせて、最大WSe$2$単一光子励起、放出、収集のために最適化されたNA幾何を数値的にシミュレートする。 したがって、蛍光は真空に比べて4桁以上、平坦なSiO$_2$/Si表面に比べて5桁以上増強される。 本研究は, 種々の基板上にTMD材料ナノ共振器を用いることにより, SPE形成とフォトニック増強に有効であることを示す。

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