論文の概要: Quantum Emitters at Telecommunication Wavelengths based on Carbon Defects in Transition Metal Dichalcogenides
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2605.18501v1
- Date: Mon, 18 May 2026 14:55:50 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-05-19 23:51:08.415472
- Title: Quantum Emitters at Telecommunication Wavelengths based on Carbon Defects in Transition Metal Dichalcogenides
- Title（参考訳）: 遷移金属ジカルコゲナイド中の炭素欠陥に基づく通信波長の量子エミッタ
- Authors: Chanaprom Cholsuk, Sujin Suwanna, Tobias Vogl,
- Abstract要約: 低次元の物質が量子エミッタの有望なホストとして出現している。
WS2, WSe2, MoS2, MoSe2二層膜中のカルコゲン部位(S, Se)の置換炭素欠陥について検討した。
本研究は, カーボンドープTMD二層膜を室温欠陥型量子エミッタのための有望なプラットフォームとして確立した。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.06797079068199122
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Low-dimensional materials have emerged as promising hosts for quantum emitters, whose emission typically arises from either strain-induced band bending or defect-induced two-level systems. Among these materials, transition metal dichalcogenide (TMD) monolayers have attracted particular attention; however, their performance is limited by strong photoluminescence (PL) quenching at room temperature. As TMDs transition from a direct to an indirect bandgap when moving from monolayers to multilayers, we herein propose a strategy to overcome this quenching limitation by exploiting the indirect bandgap of TMD bilayers in combination with a point defect doping. The indirect gap suppresses excitonic PL, while specific defects enable robust defect-mediated quantum emission. Using hybrid-functional density functional theory, we investigate substitutional carbon defects at chalcogen sites (S and Se) in WS2, WSe2, MoS2, and MoSe2 bilayers and comprehensively characterize their optical properties. Both neutral and singly negative charge states are found to be thermodynamically stable. Neutral defects exhibit singlet configurations with emission in the O- and C-band telecommunication windows, whereas negatively charged defects adopt doublet configurations featuring spin-selective transitions and near-infrared emission. The electron-phonon coupling strength, radiative lifetime, and dipole orientation are found to depend sensitively on both the host material and defect site, providing distinct fingerprints for experimental identification. Our findings, therefore, establish carbon-doped TMD bilayers as promising platforms for room-temperature defect-based quantum emitters operating at telecommunication wavelengths.
- Abstract（参考訳）: 低次元の物質が量子エミッターの有望な宿主として現れており、その放出は通常、ひずみ誘起帯曲か欠陥誘起二レベル系から生じる。
これらの材料のうち、遷移金属ジアルコゲナイド(TMD)単分子膜は特に注目されているが、その性能は室温での強い発光(PL)クレンチングによって制限されている。
単層膜から多層膜へ移動するとき,TMDは直接バンドギャップから間接バンドギャップへ遷移するので,TMD二層膜の間接バンドギャップと点欠陥ドーピングを併用することにより,この待ち行列制限を克服する戦略を提案する。
間接的なギャップはエキサイトニックPLを抑制するが、特定の欠陥は堅牢な欠陥を媒介する量子放出を可能にする。
ハイブリッド機能密度汎関数理論を用いて,WS2,WSe2,MoS2,MoSe2のカルコゲン部位(S,Se)の置換炭素欠陥を解析し,その光学特性を包括的に評価した。
中性および単価の電荷状態は熱力学的に安定である。
ニュートラル欠陥は、OバンドとCバンドの通信窓で放射される一重項構成を示すが、負の電荷を持つ欠陥はスピン選択性遷移と近赤外放射を特徴とする二重項構成を採用する。
電子-フォノン結合強度、放射寿命、双極子配向は、ホスト材料と欠陥部位の両方に敏感に依存し、実験的な識別のために異なる指紋を与える。
そこで本研究では, カーボンドープTMD二層膜を, 室温欠陥型量子エミッタを遠隔通信波長で動作させるための有望なプラットフォームとして確立した。
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