La Figura muestra una comparación de la imagen de microscopía de túnel de barrido (STM) del defecto puntual asociado a los intersticiales de oxígeno observado con la imagen predicha obtenida a partir de los cálculos de la teoría funcional de la densidad (DFT). Se indican las posiciones atómicas (rojo:oxígeno, azul:tungsteno, verde:selenio). Se encontró que las características finas de las imágenes STM experimentales y simuladas coincidían bien en un rango de diferentes voltajes aplicados. La espectroscopia de túnel de barrido mostró que no había estados de brecha, coherente con las predicciones teóricas. Crédito:ACS Nano
Los científicos de NUS han descubierto que los intersticiales de oxígeno en diselenuro de tungsteno de una sola capa (WSe 2 ) le permiten funcionar como emisores de fotones únicos (SPE) para aplicaciones ópticas cuánticas.
Recientemente se descubrieron experimentalmente materiales bidimensionales (2-D) con celosías en forma de panal atómicamente delgadas para su uso como SPE. Las SPEs emiten luz como partículas individuales o fotones uno a la vez y juegan un papel importante en la óptica cuántica y el procesamiento de información cuántica. SPE desarrolladas con materiales 2-D como WSe 2 , proporcionan flexibilidad para la integración potencial de dispositivos y circuitos en un entorno de fabricación de semiconductores. Sin embargo, la naturaleza de estas SPE descubiertas experimentalmente en WSe 2 no está claro y esto dificulta su uso potencial en aplicaciones cuánticas.
Prof Su Ying QUEK del Departamento de Física, NUS y su equipo de investigación han identificado que las emisiones de fotones individuales provenientes de los estados de excitones localizados en WSe 2 se debieron a los intersticiales de oxígeno presentes en el material 2-D de una sola capa. El equipo de investigación utilizó una combinación de cálculos teóricos y enfoques experimentales para llegar al resultado. Con una mejor comprensión de los orígenes de las emisiones de fotones individuales, los hallazgos podrían ayudar en el desarrollo de SPE utilizando materiales 2-D y para mejorar su desempeño en cuanto a emisiones.
En su trabajo de investigación, el equipo no logró encontrar correlaciones entre los cálculos de la teoría funcional de densidad sobre defectos puntuales intrínsecos en el WSe 2 material con los espectros obtenidos experimentalmente de la espectroscopia de túnel de barrido. Luego se enfocaron en los defectos puntuales relacionados con el oxígeno asociados con el WSe 2 material. Estos defectos podrían incorporarse fácilmente al material durante el proceso de síntesis o mediante pasivación ambiental. Mediante un proceso de eliminación, encontraron que es más probable que los defectos asociados con los intersticiales de oxígeno en la red produzcan estados de excitones localizados en las posiciones espectrales observadas experimentalmente.
El profesor Quek dijo:"Este trabajo proporciona un estudio detallado de defectos puntuales en monocapa WSe 2 y predijo la naturaleza y las energías de los excitones en estos sitios de defectos. Descifrar el origen de los emisores de fotones individuales será útil para el desarrollo de emisores cuánticos utilizando otros materiales 2-D para aplicaciones ópticas cuánticas ".
