論文の概要: Layered semiconductors integrated with polyimide thin films for high-quality valleytronic and quantum-photonic systems
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2504.14986v1
- Date: Mon, 21 Apr 2025 09:29:43 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-04-29 15:26:11.757341
- Title: Layered semiconductors integrated with polyimide thin films for high-quality valleytronic and quantum-photonic systems
- Title（参考訳）: ポリイミド薄膜を集積した高品質バレートロニクスおよび量子フォトニクス系用層状半導体
- Authors: Jithin T Surendran, Indrajeet D Prasad, Kenji Watanabe, Takashi Taniguchi, Santosh Kumar,
- Abstract要約: 層状半導体の誘電体集積は、高品質の光電子、バレートロニクス、量子フォトニクスデバイスを製造するための前提条件である。
この研究は、2つの広く研究された層状半導体における高光学クオリティエキシトンの形成を示す。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.0291559330120414
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Dielectric integration of layered semiconductors is a prerequisite for fabricating high-quality optoelectronic, valleytronic, and quantum-photonic devices. While hexagonal boron nitride (hBN) is the current benchmark dielectric, exploration of the most suitable dielectric materials covering the complete substrates continues to expand. This work demonstrates the formation of high optical-quality excitons in two widely explored layered semiconductors, WSe$_2$ and WS$_2$, integrated into polyimide (PI) thin films of thicknesses $\approx$500 nm. The photoluminescence (PL) studies at $T$ = 296 K show the formation of neutral excitons $\left(X^0\right)$ and trions in fully-PI-encapsulated 1L-WSe$_2$ with 2-sigma ($2\sigma$) spatial-inhomogeneity of 4.5 (3.4) meV in $X^0$ emission energy (linewidth), which is $\approx$1/3rd (1/5th), respectively, that of inhomogeneity measured in fully-hBN-encapsulated 1L-WSe$_2$. A smaller $2\sigma$ of 2.1 (2.3) meV in $X^0$ emission energy (linewidth) has been shown for fully-PI-encapsulated 1L-WS$_2$. Polarization-resolved and excitation power-dependent PL measurements of PI-isolated 1L-TMDs at $T$ = 4 K further reveal formations of high-quality neutral-biexcitons and negatively-charged biexcitons, with degrees of valley-polarization up to 21$\%$ under non-resonant excitation. Furthermore, the fully-PI-encapsulated 1L-WSe$_2$ also hosts single quantum emitters with narrow linewidths and high-spectral stability. This work indicates that PI thin films may serve the purpose of high-quality dielectric material for integrating the layered materials on a wafer scale.
- Abstract（参考訳）: 層状半導体の誘電体集積は、高品質の光電子、バレートロニクス、量子フォトニクスデバイスを製造するための前提条件である。
六方晶窒化ホウ素(hBN)が現在の標準誘電体であるのに対し、完全な基板を覆う最も適した誘電体の探索は拡大し続けている。
この研究は、広く研究されている2つの層状半導体、WSe$_2$とWS$_2$において、厚さ$\approx$500 nmのポリイミド(PI)薄膜に集積された高品質の励起体の形成を示す。
T$ = 296 K での光ルミネッセンス (PL) の研究は、完全PIカプセル化された 1L-WSe$_2$ における中性励起子 $\left(X^0\right)$ と、完全hBNカプセル化された 1L-WSe$2$ における、それぞれ $X^0$ の放出エネルギー (線幅) の 4.5 (3.4) meV の空間不均一性 $X^0$ の、それぞれ $\approx$1/3rd (1/5th) である、完全hBNカプセル化された 1L-WSe$2$2$ の非均一性を示す。
完全なPIカプセル化された1L-WS$_2$に対して、より小さな2.1 (2.3) meVのX^0$エミッションエネルギー(線形)が示されている。
PIを分離した1L-TMDの1L-TMDをT$=4Kで分極分解・励起するPL測定により、非共鳴励起下での谷分極の度合いが21$\%である高品質な中性ビエクシトンと負電荷のビエクシトンの形成がさらに明らかになった。
さらに、完全PIカプセル化された1L-WSe$_2$は、狭い直線幅と高スペクトル安定性を持つ単一の量子エミッタもホストする。
本研究は, PI薄膜が層状材料をウェハスケールに統合するための高品質誘電体材料として有用であることを示す。
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