Onderzoekers zijn met succes verschillende excitonsoorten binnen een hybride monolaag WSe₂ gemanipuleerd -Ag nanodraadstructuur. Door gebruik te maken van de unieke valley-spin-locked bandstructuren en elektronengatconfiguraties van TMD’s heeft het team, onder leiding van professor Hongxing Xu, prof. Xiaoze Liu en dr. Ti Wang van de School of Physics and Technology, een belangrijke stap gezet in de richting van praktische fotonische toepassingen voor optische informatieverwerking en kwantumoptica.

Het onderzoek, gepubliceerd in Light:Science &Applications toont de contrasterende interacties tussen excitonen en oppervlakte-plasmonpolaritonen (SPP's) van Ag-nanodraden (NW's), waardoor onafhankelijk koppelingsgedrag wordt onthuld dankzij de oriëntatie van overgangsdipolen.

De bevindingen tonen aan dat donkere excitonen en donkere trionen een extreem hoge koppelingsefficiëntie vertonen met SPP's, terwijl heldere trionen directionele chirale koppelingskenmerken vertonen, wat nieuwe mogelijkheden opent voor het nauwkeurig controleren van lichtemissies.

De voorbeeldconfiguratie omvatte een Ag NW en een monolaag WSe₂ ingekapseld tussen twee dunne hexagonale boornitride (hBN) films op een SiO₂ /Si-substraat. Door middel van nauwgezette fotoluminescentiespectroscopie en numerieke simulaties heeft het team waargenomen dat donkere excitonen en donkere trionen efficiënter koppelen dan hun tegenhangers met in het vlak georiënteerde dipolen.

Het team demonstreerde de aanpak voor het beheersen van de excitonische emissies door middel van diffusielengte en dalpolarisatie. Deze ontdekkingen verdiepen niet alleen ons begrip van interacties tussen veel lichamen en kwantumfenomenen in WSe₂ maar maken ook de weg vrij voor het manipuleren van de volledige spectrale profielen van excitonen.

De implicaties van deze studie zijn enorm voor het gebied van fotonica en kwantumtechnologieën. Door excitonen met zo'n precisie te manipuleren, zouden nieuwe apparaten voor optische informatieverwerking die sneller en efficiënter zijn en een hogere capaciteit hebben dan de huidige technologieën praktisch kunnen zijn.

Bovendien zouden de inzichten uit het onderzoek in de chirale koppeling van excitonen kunnen leiden tot de ontwikkeling van nieuwe kwantumoptica-toepassingen, waaronder kwantumcomputers en veilige communicatiesystemen.

De onderzoekers zijn van mening dat deze studie een belangrijke stap betekent in de zoektocht om verschillende soorten excitonen op aanvraag volledig te manipuleren, waardoor we dichter bij het benutten van het uitgebreide spectrum van TMD-excitonen voor geavanceerde optische en kwantumtoepassingen komen, wat een opwindende sprong voorwaarts betekent in materiaalwetenschap en fotonicaonderzoek. .

Meer informatie: Zhe Li et al, Veelzijdige optische manipulatie van trionen, donkere excitonen en biexcitonen door contrasterende exciton-fotonkoppeling, Licht:Wetenschap en toepassingen (2023). DOI:10.1038/s41377-023-01338-5

Aangeboden door TransSpread