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室温での単層WSeのナノスケール気泡中のひずみ局在励起子のイメージング
Imaging strain-localized excitons in nanoscale bubbles of monolayer WSe at room temperature.
PMID: 32661371 DOI: 10.1038/s41565-020-0730-5.
抄録
単層遷移金属ジカルコゲナイドでは、局所的なひずみを利用して単一光子源のナノアレイを設計することができる。経験的に強い相関があるにもかかわらず、励起子と局所的な結晶構造の間のナノスケールの相互作用が、これらの量子エミッタを生成することは、あまり理解されていない。ここでは、単層WSeナノバブル中の励起子の室温ナノ光学イメージングと分光分析を原子論的モデルと組み合わせて、ひずみがナノスケールの閉じ込めポテンシャルと局所的な励起子状態をどのように誘導するかを研究する。欠陥濃度の低い単分子膜のナノバブルのイメージングにより、個々のナノバブルの外周部の複数の部位に10nm程度の長さスケールで局所的に励起子が存在することが明らかになった。これらの結果は、ナノバブルのトポグラフィの測定結果から原子論的に導き出された理論的な閉じ込めポテンシャルと一致している。この結果は、ひずみによって励起子サイズに見合った長さの励起子局在化を実験的にも理論的にも明らかにし、単層WSeにおける量子エミッタのナノスケールの構造-物性に関する重要な情報を実現した。
In monolayer transition-metal dichalcogenides, localized strain can be used to design nanoarrays of single photon sources. Despite strong empirical correlation, the nanoscale interplay between excitons and local crystalline structure that gives rise to these quantum emitters is poorly understood. Here, we combine room-temperature nano-optical imaging and spectroscopic analysis of excitons in nanobubbles of monolayer WSe with atomistic models to study how strain induces nanoscale confinement potentials and localized exciton states. The imaging of nanobubbles in monolayers with low defect concentrations reveals localized excitons on length scales of around 10 nm at multiple sites around the periphery of individual nanobubbles, in stark contrast to predictions of continuum models of strain. These results agree with theoretical confinement potentials atomistically derived from the measured topographies of nanobubbles. Our results provide experimental and theoretical insights into strain-induced exciton localization on length scales commensurate with exciton size, realizing key nanoscale structure-property information on quantum emitters in monolayer WSe.