論文の概要: Broadband photonic structures to achieve high coupling efficiencies and Purcell factors with dark and interlayer excitons in 2D materials
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2506.19214v1
- Date: Tue, 24 Jun 2025 00:47:02 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-06-25 19:48:23.423109
- Title: Broadband photonic structures to achieve high coupling efficiencies and Purcell factors with dark and interlayer excitons in 2D materials
- Title（参考訳）: 高結合効率を実現する広帯域フォトニック構造と2次元材料中の暗層および層間励起子によるパーセル因子
- Authors: Maria Carolina Volpato, Kalebe B. Estevam, Marcelo I. Davanco, Pierre-Louis de Assis,
- Abstract要約: 水平スロット導波路は、平面外方向に強く偏光する誘導モードを持つ平面フォトニック構造である。
遷移金属ジヒドロコゲナイド (TMD) 単分子膜において, このモードがカップリング効率$beta>80%$およびPurcell Factor$F_P>10$をもたらすことを示す。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Horizontal slot waveguides are planar photonic structures with a guided mode which is strongly polarized in the out-of-plane direction and tightly confined in a sub-wavelength region of lower refractive index. We show through FDTD simulations that this mode can lead to coupling efficiencies $\beta>80\%$ and Purcell factors $F_P>10$ for some types of dark intralayer excitons in transition metal dichalcogenide (TMD) monolayers -- more aplty named ``gray excitons'', as their out-of-plane dipole does couple to adequately polarized light -- as well as interlayer excitons in TMD heterostructures. These figures indicate a path to the strong coupling regime for gray and interlayer excitons, while bright excitons are poorly coupled to the slot mode and experience Purcell suppression for $\lambda>\SI{1}{\micro\meter}$. A significant hurdle towards strong coupling, however, is the low oscillator strengths of these two excitonic species. We use the Tavis-Cummings model to show that a horizontal-slot racetrack resonator can overcome this difficulty and reach a cooperativity $C>>1$, albeit sacrificing the broadband characteristic of waveguides.
- Abstract（参考訳）: 水平スロット導波路は、平面外方向に強く偏光し、低屈折率のサブ波長領域に強く閉じ込められた誘導モードを有する平面フォトニック構造である。
我々はFDTDシミュレーションを通して、このモードが結合効率$\beta>80\%$とパーセル因子$F_P>10$を遷移金属ジアルコゲナイド(TMD)単分子膜中のある種の暗い層内励起物 -- 平面外双極子とTMDヘテロ構造中の層間励起物 -- に繋がることを示す。
これらの数値は、灰色および層間励起子の強い結合状態への道を示す一方、明るい励起子はスロットモードに疎結合であり、$\lambda>\SI{1}{\micro\meter}$のパーセル抑制を経験する。
しかし、強い結合への重要なハードルは、これら2種の励起音速の低い振動子強度である。
我々はTavis-Cummingsモデルを用いて、水平スロットのレーストラック共振器がこの困難を克服し、導波路のブロードバンド特性を犠牲にしながら、協調性$C>>1$に達することを示す。
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