基于过渡金属二硫族化物中碳缺陷的电信波长量子发射体

低维材料已成为量子发射器的理想载体,其发射通常源于应变诱导的能带弯曲或缺陷诱导的二能级系统。在这些材料中,过渡金属二硫族化物(TMD)单层引起了广泛关注,但其性能受到室温下强光致发光(PL)猝灭的限制。由于TMD从单层过渡到多层时,会从直接带隙转变为间接带隙,本工作提出了一种克服这一猝灭限制的策略:利用TMD双层的间接带隙并结合点缺陷掺杂。间接带隙抑制了激子PL,而特定缺陷则实现了稳健的缺陷介导量子发射。通过使用杂化泛函密度泛函理论,本工作研究了WS₂、WSe₂、MoS₂和MoSe₂双层中硫属元素位点(S和Se)上的替代碳缺陷,并全面表征了其光学性质。研究发现,中性和单负电荷态均具有热力学稳定性。中性缺陷呈现单重态构型,在O波段和C波段通信窗口内发射;而带负电的缺陷则呈现双重态构型,具有自旋选择性跃迁和近红外发射。电子-声子耦合强度、辐射寿命和偶极取向对宿主材料和缺陷位点均高度敏感,这为实验识别提供了独特的特征。因此,该研究结果确立了碳掺杂TMD双层作为室温下工作于通信波长的缺陷基量子发射器的有前景平台。

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提交arXiv: 2026-05-18 14:55

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