WSe2单分子层中单光子发射器的光致发光光谱研究

过渡金属二卤属化合物(TMDCs)的单分子层，如MoS₂,摩斯₂, WSe₂，和WSe₂有望成为概念上的新型光电器件。这些TMDCs是直接带隙半导体，并表现出谷电子效应。最近，晶体管、光电探测器和发光器件已经使用这些材料进行了演示。在这里，我们展示了单分子层WSe中局域激子的单光子发射₂^［1］这使得TMDCs在量子光学领域也很有前景。

设置

华沙证交所₂单层是通过机械剥离大块单晶得到的^[２]．从原子薄层的光子发射是在一个自制的激光扫描共聚焦显微镜与一个深消耗CCD (Andor iDus DU420A-BR-DD)连接光谱仪(Andor Shamrock SR-750-D1- SIL)。用于激发的是532 nm二极管泵浦固体激光器或可调谐钛:蓝宝石激光器。

结果

图1显示了WSe的光致发光图₂单分子层，温度为10k。激光扫描样品，并在每个点记录光谱。图1a)显示了1.55 - 1.77 eV的宽能量范围。单层清晰可见，在片状边缘有一些明亮的发射中心。从不同位置(i-v)记录的光致发光光谱如图1b所示。WSe的典型光致发光₂单分子层(位置v)由于中性激子(X)而表现出两个极大值⁰在1.747 eV)和带电激子(X^±在1.718 eV)，以及较低能量的宽发射带。在亮中心位置，片状边缘处有明显的发射线(i-iv)。用Hanbury-Brown和Twiss装置测量的二阶相关函数证明了局域化发射器是极好的单光子源^［1］．

在包含这些中心的1.694 eV左右的窄能量窗口中的光致发光如图1c所示，而在自由中性激子(1.745 eV)能量下的光子发射如图1d所示。可以清楚地看到，在明亮发射中心的位置，自由中性激子X的强度⁰强下降。这一观测以及光致发光激发光谱的证据表明，单光子发射器起源于局域激子。

图1。WSe的光致发光作图₂具有局部发射中心的单层分子。a)光谱范围宽，1.55 ~ 1.77 eV。b) i-v位置谱。c)， d)光谱范围窄。灰色矩形表示(c)和(d)中使用的光谱窗口。

用高分辨率光栅(1800线/mm)获得的光谱图2显示了悬空WSe中心发射线的谱宽₂单分子层小于120 μ eV，这是系统的光谱分辨率。由于iDus CCD的探测效率高，可以以0.1 s的时间分辨率测量两条发射线的光谱漂移(图2b)。我们发现在8分钟内光谱扩散为500 μ eV。

图2。局部激子的光致发光光谱。a)高分辨率光谱，1800线/毫米光栅。b) 8分钟的光谱扩散。

结论

借助与三叶750光谱仪连接的Andor iDus 420 CCD相机，我们描述了原子薄的WSe中的单光子发射器₂．

参考文献

[1] P. Tonndorf, R. Schmidt, R. Schneider, J. Kern, M. Buscema, G. A. Steele, A. Castellanos-Gomez, H. S. J. van der Zant, S. Michaelis de Vasconcellos, R. Bratschitsch，光学杂志2,347-352(2015)。

[2] P. Tonndorf, R. Schmidt, P. Böttger，张旭光，J. Börner, A.李比希，M. Albrecht, C. Kloc, O. Gordan, D. R. T. Zahn, S. M. de Vasconcellos, R. Bratschit