I ricercatori sono riusciti a manipolare con successo specie di eccitoni distinte all'interno di un monostrato ibrido WSe2 -Struttura di nanofili di Ag. Sfruttando le esclusive strutture delle bande bloccate con spin valle e le configurazioni delle lacune elettroniche dei TMD, il team, guidato dal professor Hongxing Xu, dal prof. Xiaoze Liu e dal dottor Ti Wang della Scuola di Fisica e Tecnologia, ha compiuto un passo significativo verso la pratica applicazioni fotoniche per l'elaborazione ottica dell'informazione e ottica quantistica.
Lo studio, apparso in Light:Science &Applications , mostra le interazioni contrastanti tra eccitoni e polaritoni plasmonici di superficie (SPP) di nanofili di Ag (NW), rivelando comportamenti di accoppiamento indipendenti grazie all'orientamento dei dipoli di transizione.
I risultati dimostrano che gli eccitoni oscuri e i trioni oscuri mostrano un'efficienza di accoppiamento estremamente elevata con gli SPP, mentre i trioni luminosi mostrano caratteristiche di accoppiamento chirale direzionale, aprendo nuove possibilità per controllare con precisione le emissioni di luce.
La configurazione di esempio prevedeva un Ag NW e un monostrato WSe2 incapsulato tra due sottili pellicole esagonali di nitruro di boro (hBN) su un SiO2 /Si substrato. Attraverso una meticolosa spettroscopia di fotoluminescenza e simulazioni numeriche, il team ha osservato che gli eccitoni oscuri e i trioni oscuri si accoppiano in modo più efficiente rispetto alle loro controparti con dipoli orientati nel piano.
Il team ha dimostrato l'approccio per controllare le emissioni eccitoniche attraverso la lunghezza di diffusione e la polarizzazione della valle. Queste scoperte non solo approfondiscono la nostra comprensione delle interazioni a molti corpi e dei fenomeni quantistici in WSe2 ma aprono anche la strada alla manipolazione dei profili spettrali completi degli eccitoni.
Le implicazioni di questo studio sono vaste per il campo della fotonica e delle tecnologie quantistiche. Manipolando gli eccitoni con tale precisione, potrebbero essere pratici nuovi dispositivi per l'elaborazione ottica delle informazioni che siano più veloci, più efficienti e con capacità maggiori rispetto alle tecnologie attuali.
Inoltre, le intuizioni dello studio sull'accoppiamento chirale degli eccitoni potrebbero portare allo sviluppo di nuove applicazioni di ottica quantistica, tra cui l'informatica quantistica e sistemi di comunicazione sicuri.
I ricercatori ritengono che questo studio rappresenti un passo significativo nella ricerca per manipolare completamente diverse specie di eccitoni su richiesta, avvicinandoci allo sfruttamento dello spettro completo degli eccitoni TMD per applicazioni ottiche e quantistiche avanzate, segnando un entusiasmante passo avanti nella scienza dei materiali e nella ricerca sulla fotonica .
Ulteriori informazioni: Zhe Li et al, Manipolazione ottica versatile di trioni, eccitoni oscuri e bieccitoni attraverso l'accoppiamento contrastante eccitone-fotone, Luce:scienza e applicazioni (2023). DOI:10.1038/s41377-023-01338-5
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