La figura mostra un confronto dell'immagine della microscopia a effetto tunnel a scansione (STM) del difetto puntiforme associato agli interstiziali di ossigeno osservati con l'immagine prevista ottenuta dai calcoli della teoria del funzionale della densità (DFT). Sono indicate le posizioni atomiche (rosso:ossigeno, blu:tungsteno, verde:selenio). È stato riscontrato che le caratteristiche fini delle immagini STM sperimentali e simulate concordano bene su una gamma di diverse tensioni applicate. La spettroscopia a scansione di tunnel ha mostrato che non c'erano stati gap, coerente con le previsioni teoriche. Credito:ACS Nano
Gli scienziati del NUS hanno scoperto che gli interstiziali di ossigeno nel diseleniuro di tungsteno a strato singolo (WSe 2 ) gli consentono di funzionare come emettitori di fotoni singoli (SPE) per applicazioni ottiche quantistiche.
Recentemente sono stati scoperti sperimentalmente materiali bidimensionali (2-D) con reticoli a nido d'ape atomicamente sottili per l'uso come SPE. Gli SPE emettono luce come singole particelle o fotoni uno alla volta e svolgono un ruolo importante nell'ottica quantistica e nell'elaborazione delle informazioni quantistiche. SPE sviluppate utilizzando materiali 2-D come WSe 2 , fornire flessibilità per la potenziale integrazione di dispositivi e circuiti in un ambiente di produzione di semiconduttori. Però, la natura di questi SPE scoperti sperimentalmente in WSe 2 non è chiaro e questo ostacola il loro potenziale utilizzo nelle applicazioni quantistiche.
Prof Su Ying QUEK del Dipartimento di Fisica, NUS e il suo team di ricerca hanno identificato che le emissioni di singoli fotoni provenienti dagli stati di eccitoni localizzati in WSe 2 erano dovuti agli interstiziali di ossigeno presenti nel materiale 2-D a strato singolo. Il team di ricerca ha utilizzato una combinazione di calcoli teorici e approcci sperimentali per arrivare al risultato. Con una migliore comprensione delle origini delle emissioni di singoli fotoni, i risultati potrebbero aiutare nello sviluppo di SPE che utilizzano materiali 2-D e per migliorare le loro prestazioni di emissione.
Nel loro lavoro di ricerca, il team non è riuscito a trovare correlazioni tra i calcoli della teoria del funzionale della densità sui difetti puntiformi intrinseci nel WSe 2 materiale con gli spettri ottenuti sperimentalmente dalla spettroscopia a effetto tunnel. Si sono poi concentrati sui difetti puntiformi legati all'ossigeno associati al WSe 2 Materiale. Questi difetti potrebbero essere facilmente incorporati nel materiale durante il processo di sintesi o per passivazione ambientale. Attraverso un processo di eliminazione, hanno scoperto che è più probabile che i difetti associati agli interstiziali di ossigeno nel reticolo producano gli stati eccitonici localizzati nelle posizioni spettrali osservate sperimentalmente.
Il professor Quek ha detto, "Questo lavoro fornisce uno studio dettagliato dei difetti puntuali in WSe . monostrato 2 e ha previsto la natura e le energie degli eccitoni in questi siti di difetto. Decifrare l'origine dei singoli emettitori di fotoni sarà utile per lo sviluppo di emettitori quantistici utilizzando altri materiali 2-D per applicazioni ottiche quantistiche".
