北理工教授在單層WSe2量子發(fā)射體中谷對(duì)稱性缺失方面取得研究成果
發(fā)布日期：2023-07-24 供稿：前沿交叉科學(xué)研究院 攝影：前沿交叉科學(xué)研究院
編輯：楊婧 審核：陳棋 閱讀次數(shù)：作為一種典型的二維半導(dǎo)體材料,，過渡金屬硫族化合物（TMD）在近紅外至可見光波段下,，單層原子厚度為直接帶隙，這使得其在光子學(xué),、光電子學(xué)中引起了眾多學(xué)者的關(guān)注,。
在動(dòng)量空間中，費(fèi)米能級(jí)附近的電子會(huì)存在一種新的自由度,，即谷,。眾所周知，奇數(shù)層TMD材料具有空間反演對(duì)稱性破缺及時(shí)間反演對(duì)稱性,，所以會(huì)存在不等價(jià)的兩類能谷K和K’（通常是簡(jiǎn)并的）,；然而由于自旋-軌道劈裂，為滿足時(shí)間反演對(duì)稱性,，單層TMD材料出現(xiàn)一種特殊的光選擇規(guī)則,，可以操控能谷自由度—— 谷電子學(xué)。
近年來,，二維半導(dǎo)體中的量子發(fā)射體（QEs）作為一種有前景的量子光源引起了人們的極大研究興趣,。攜帶自旋和角動(dòng)量等內(nèi)部自由度的量子發(fā)射體（QEs）的單光子發(fā)射在量子光學(xué)中起著重要的作用。然而,，這些QEs是否具有與離域化的谷激子相同的谷物理特征仍在爭(zhēng)論中,。此外，對(duì)于這種量子發(fā)射體的潛在應(yīng)用仍有待探索,。有鑒于此,，近日，北京大學(xué)許秀來教授,，北京理工大學(xué)黃元教授和中科院物理所王燦研究員（共同通訊作者）等合作通過與手性等離激元納腔的相互作用,，展示了單層WSe2量子發(fā)射體中谷對(duì)稱性缺失的實(shí)驗(yàn)證據(jù)，該工作在《Nature Communications》上發(fā)表（題目：“Revealing broken valley symmetry of quantum emitters in WSe2 with chiral nanocavities”）,。
在該工作中,，耦合后QEs的反常磁光光譜表明，在兩個(gè)不同的塞曼劈裂峰上,，發(fā)射光子的螺旋度保持一致,，即發(fā)射光子的偏振態(tài)是由手性納腔調(diào)制的，而不是由谷依賴的光學(xué)選擇定則調(diào)制的,。腔量子電動(dòng)力學(xué)的計(jì)算進(jìn)一步證明了內(nèi)在谷保護(hù)特性的缺失,。手性納腔依賴的圓偏振單光子輸出也為手性量子光學(xué)的未來應(yīng)用提供了一種策略,。不僅如此，該工作還開發(fā)了一種在單個(gè)量子水平上控制光物質(zhì)相互作用的技術(shù),，表明了在手性量子光學(xué)中的潛在應(yīng)用,。
上述研究工作得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金,、北京市自然科學(xué)基金等支持,。
論文詳情與鏈接：
Revealing broken valley symmetry of quantum emitters in WSe2 with chiral nanocavities (Nat. Commun., 2023, DOI:10.1038/s41467-023-39972-7)
文章鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-023-39972-7
圖1. 手性等離激元納腔對(duì)谷對(duì)稱性缺失的量子發(fā)射體(QE)的偏振調(diào)控過程。
圖2. 手性等離激元共振與單個(gè)量子發(fā)射體之間的耦合,。
圖3.手性等離激元晶格L1處QEs的圓偏振分辨的磁光光譜(磁場(chǎng)方向垂直于樣品表面),。
圖4. 測(cè)量到的磁場(chǎng)依賴的圓極化自由度。
圖5. 量子發(fā)射體與手性等離激元耦合體系的動(dòng)力學(xué)研究與求解,。
附作者簡(jiǎn)介：
黃元，北京理工大學(xué)前沿交叉科學(xué)研究院教授,，博士生導(dǎo)師,。主要研究領(lǐng)域集中在二維材料的制備、表征,、器件加工和物性測(cè)量/調(diào)控等方向,。近年來，黃元與合作者在物理,、化學(xué),、材料、信息和地質(zhì)科學(xué)領(lǐng)域開展了一系列交叉科學(xué)研究,。在Nature Physics,、Nature Communications、Physical Review Letters,，ACS Nano, Nano Letters等共計(jì)發(fā)表SCI論文120余篇,，其中第一作者（含共一）及通訊作者文章60余篇，論文總引用5700余次,。主持國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（青年項(xiàng)目）,，主持國(guó)家基金委優(yōu)秀青年基金和面上項(xiàng)目，重慶市杰出青年基金項(xiàng)目,。2019年入選中科院青促會(huì)會(huì)員,，2020年入選中科院青促會(huì)數(shù)理分會(huì)理事，2020年獲中國(guó)科協(xié)“中國(guó)十大科技新銳人物”榮譽(yù)稱號(hào),，2021年獲中國(guó)發(fā)明協(xié)會(huì)發(fā)明創(chuàng)業(yè)獎(jiǎng)創(chuàng)新獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)(排名第一),，2022年獲中國(guó)發(fā)明協(xié)會(huì)發(fā)明創(chuàng)業(yè)成果獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)（排名第二）；2023年獲日內(nèi)瓦發(fā)明展覽會(huì)銀獎(jiǎng)（排名第一）,。擔(dān)任Physical Review Letters,，Nature Communications, ACS Nano, Nano Letters,，《物理學(xué)報(bào)》等國(guó)內(nèi)外知名期刊審稿人；擔(dān)任《物理》《Chinese Physics Letters》《InfoMat》《Materials》期刊青年編委,。
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