Optical slot antennas for enhancement of WSe&lt;inf&gt;2&lt;/inf&gt; spontaneous emission rate

Messer, Kevin; Eggleston, Michael S.; Fortuna, Seth A.; Madhavapathy, Surabhi; Zhao, Peida; Xiao, Jun; Zhang, Xiang; Javey, Ali; Wu, Ming C.; Yablonovitch, Eli

doi:10.1109/e3s.2015.7336812

Cited by 2 publications

(3 citation statements)

References 4 publications

Supporting

Mentioning

Contrasting

Order By: Relevance

“…We trace this effect to the near-field energy transfer from the QE to the surface exciton polariton. In addition to implications for energy transfer applications, such as photodetectors [19], photovoltaic [20] and light emitting devices [21][22][23], our results show that low-dimensional materials can be used to study polaritons and exciton-photon coupling phenomena without requiring a microcavity [24]. Herein we demonstrate that MoS 2 monolayers can support surface exciton polariton modes and their influence on the optical properties of QEs is substantial.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 81%

See 1 more Smart Citation

Near-field relaxation of a quantum emitter to two-dimensional semiconductors: Surface dissipation and exciton polaritons

et al. 2016

View full text Add to dashboard Cite

The total spontaneous emission rate of a quantum emitter in the presence of an infinite MoS 2 monolayer is enhanced by several orders of magnitude, compared to its free-space value, due to the excitation of surface exciton polariton modes and lossy modes. The spectral and distance dependence of the spontaneous emission rate are analyzed and the lossy-surface-wave, surface exciton polariton mode and radiative contributions are identified. The transverse magnetic and transverse electric exciton polariton modes can be excited for different emission frequencies of the quantum emitter, and their contributions to the total spontaneous emission rate are different. To calculate these different decay rates, we use the non-Hermitian description of light-matter interactions, employing a Green's tensor formalism. The distance dependence follows different trends depending on the emission energy of quantum emitter. For the case of the lossy surface waves, the distance dependence follows a z −n , n = 2, 3, 4, trend. When transverse magnetic exciton polariton modes are excited, they dominate and characterize the distance dependence of the spontaneous emission rate of a quantum emitter in the presence of the MoS 2 layers. The interaction between a quantum emitter and a MoS 2 superlattice is investigated and we observe a splitting of the modes supported by the superlattice. Moreover, a blue shift of the peak values of the spontaneous emission rate of a quantum emitter is observed as the number of layers is increased. The field distribution profiles, created by a quantum emitter, are used to explain this behavior.

show abstract

Section: Introductionmentioning

confidence: 81%

“…Many applications can benefit from manipulating these interactions, such as photodetectors [19], electronic [25], photovoltaic [20] and light emitting devices [21][22][23]. Investigating the spectral and distance dependence of the interactions between QEs and TMD layers or monolayers is of absolute importance for such applications.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Near-field relaxation of a quantum emitter to two-dimensional semiconductors: Surface dissipation and exciton polaritons

et al. 2016

View full text Add to dashboard Cite

show abstract

“…Transition metal dichalcogenide (TMD) monolayers [125] are atomically thin, direct bandgap semiconducting two-dimensional materials featuring bandgaps in the visible and near-infrared range, strong excitonic resonances, high oscillator strengths, and valley-selective response; they support exciton polaritons, too [126]. TMDs are usually used as emission sources or absorbing layers [127] in combination with noble metallic layers [128], metallic nanodisks [129], and photonic crystals [130]. Additionally, the optical properties of QEs, such as molecules or quantum dots, near single or multilayer TMDs, or their nanostructures, have been investigated.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Ιδιότητες Και Εφαρμογές Συζευγμένων Κβαντικών-Πλασμονικών Νανοδομών

Ηλιόπουλος¹

View full text Add to dashboard Cite

Κατά τη διάρκεια των τελευταίων δεκαετιών, οι πλασμονικές νανοδομές έχουν κεντρίσει το ενδιαφέρον της επιστημονικής κοινότητας λόγω του ότι μπορούν να παγιδεύσουν το φως στην επιφάνειά τους. Ως αποτέλεσμα, είναι δυνατό να χρησιμοποιήσουμε τις πλασμονικές νανοδομές για να επιτύχουμε ισχυρή αλληλεπίδραση ύλης-φωτός μεταξύ ενός κβαντικού εκπομπού, ο οποίος τοποθετείται δίπλα σε μία τέτοια νανοδομή, και του τοπικού ηλεκτρομαγνητικού πεδίου. Σε αυτή τη διατριβή αναλύουμε τη δυναμική της αυθόρμητης εκπομπής ενός κβαντικού εκπομπού ο οποίος τοποθετείται δίπλα σε μία πλασμονική νανοδομή ή σε ένα νανοδίσκο διθειούχου μολυβδαινίου (MoS2) συνδυάζοντας ηλεκτρομαγνητικούς υπολογισμούς με κβαντικούς υπολογισμούς πέρα από τη Μαρκοβιανή προσέγγιση καθώς και πέρα από την προσέγγιση του περιστρεφόμενου κύματος (rotating-wave approximation ή αλλιώς RWA). Χρησιμοποιώντας εκπομπούς με χρόνο αυθόρμητης εκπομπής στην περιοχή των πικοδευτερολέπτων με νανοδευτερολέπτων στον κενό χώρο, εξετάζουμε για ποιες αποστάσεις μεταξύ των εκπομπών και των νανοδομών εμφανίζονται φαινόμενα μη-Μαρκοβιανής συμπεριφοράς. Στη συνέχεια, θεωρούμε δύο αρχικά σύμπλεκτους πανομοιότυπους κβαντικούς εκπομπούς δύο επιπέδων (qubits), όπου ο καθένας αλληλεπιδρά τοπικά και ανεξάρτητα από τον άλλο με μία πλασμονική νανοδομή ή με έναν νανοδίσκο MoS2, και βρίσκουμε ότι η δυναμική της σύμπλεξης εμφανίζει ισχυρά μη-Μαρκοβιανά φαινόμενα. Σημειώνουμε ότι η σύμπλεξη για qubits δίπλα σε νανοδίσκους MoS2 εμφανίζει σημαντικά ισχυρότερο μη-Μαρκοβιανό χαρακτήρα σε σχέση με την περίπτωση που στη θέση τους χρησιμοποιούμε πλασμονικές νανοδομές. Ωστόσο, η σύμπλεξη δεν είναι ο μοναδικός τύπος κβαντικών συσχετίσεων που υπάρχει στο σύνθετο σύστημά μας. Για το λόγο αυτό χρησιμοποιούμε το quantum discord (QD), το οποίο εκτός από τη σύμπλεξη περιλαμβάνει και όλες τις άλλες κβαντικές συσχετίσεις του σύνθετου συστήματός μας. Δουλεύοντας για το QD με τον ίδιο τρόπο όπως και για τη σύμπλεξη, βρίσκουμε ενδιαφέροντα φαινόμενα κατά τη χρονική του εξέλιξη. Ύστερα, θεωρούμε και πάλι ένα σύνθετο σύστημα αποτελούμενο από πανομοιότυπα qubit, αλλά τώρα, κάθε qubit τοποθετείται δίπλα σε μία δισδιάστατη πλασμονική νανοδομή αποτελούμενη από διηλεκτρικές σφαίρες με μεταλλικό περίβλημα. Τώρα, θεωρούμε δύο διαφορετικές περιπτώσεις για τα qubit: θεωρούμε δύο πανομοιότυπα qubit δύο επιπέδων ή δύο πανομοιότυπα V-συστήματα με εκφυλισμένες τις διεγερμένες στάθμες τους. Εφόσον η παρουσία της περιοδικής πλασμονικής νανοδομής καταστέλλει έντονα το ρυθμό αυθόρμητης εκπομπής του εκάστοτε κβαντικού συστήματος, καθώς επίσης οδηγεί στην εμφάνιση του ανισοτροπικού φαινομένου Purcell, αυτό έχει ως αποτέλεσμα η χρονική εξέλιξη της σύμπλεξης να παρατείνεται για αρκετές τάξεις μεγέθους.

show abstract

Optical slot antennas for enhancement of WSe<inf>2</inf> spontaneous emission rate

Cited by 2 publications

References 4 publications

Near-field relaxation of a quantum emitter to two-dimensional semiconductors: Surface dissipation and exciton polaritons

Near-field relaxation of a quantum emitter to two-dimensional semiconductors: Surface dissipation and exciton polaritons

Ιδιότητες Και Εφαρμογές Συζευγμένων Κβαντικών-Πλασμονικών Νανοδομών

Contact Info

Product

Resources

About