Microcavity polaritons in atomically thin semiconductors and heterostructures: many-body and nonlinear phenomena

原子薄半导体和异质结构中的微腔极化子:多体和非线性现象

基本信息

  • 批准号:
    EP/P026850/1
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 157.35万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    英国
  • 项目类别:
    Research Grant
  • 财政年份:
    2017
  • 资助国家:
    英国
  • 起止时间:
    2017 至 无数据
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Atomically thin materials offer a new paradigm for control of electronic excitations in the extreme two-dimensional (2D) limit in condensed matter. Recently this concept has been developed further when artificial potentials for electrons were created in heterostructures consisting of stacked 2D layers held together by van der Waals forces, and light was used to access and manipulate electronic spin and valley degrees of freedom in atomically-thin semiconducting transition metal dichalcogenides (TMDCs). A significant world-wide effort in the last 5 years has resulted in intense studies of optical properties of TMDC atomic layers in the linear regime. Here, we propose to use this new class of (2D) semiconducting crystals to demonstrate unexplored approaches to exploiting nonlinear optical phenomena on the nano-scale in regimes unattainable by other ultra-fast photonic materials. To achieve this, we will exploit robust excitonic complexes observable up to room T, which will be generated and controlled in artificially created vertical stacks of 2D atomic layers. Giant nonlinearities enabling ultra-fast control of light with light of low intensity will be realised and explored in such van der Waals heterostructures placed in optical microcavities, operating in the strong light-matter coupling regime that we demonstrated recently. In this regime part-light-part-matter polaritons are formed, with the exciton part responsible for the strong nonlinearity and the photon part providing efficient coupling to light. This work will open a new route to development of highly nonlinear nano-photonic devices such as miniature ultra-fast modulators and switches, with high potential to impact on a new generation of signal processing and quantum technology hardware.
原子薄材料为在凝聚态物质的极端二维(2D)极限中控制电子激发提供了一种新的范例。最近,当在由通过货车德瓦尔斯力保持在一起的堆叠的2D层组成的异质结构中产生电子的人工电势时,该概念得到了进一步发展,并且光被用于访问和操纵原子薄的半导体过渡金属二硫属化物(TMDC)中的电子自旋和谷自由度。在过去的5年中,一个重要的全球性的努力,导致在线性制度的TMDC原子层的光学性质的密集研究。在这里,我们建议使用这类新的(2D)半导体晶体来展示未探索的方法,以利用其他超快光子材料无法实现的纳米尺度上的非线性光学现象。为了实现这一目标,我们将利用可观察到房间T的强大激子复合物,这些复合物将在人工创建的2D原子层垂直堆叠中生成和控制。巨大的非线性,使超快速控制的光与低强度的光将实现和探索在这样的货车德瓦尔斯异质结构放置在光学微腔,在强光-物质耦合制度,我们最近证明。在这种情况下,形成了部分光部分物质的极化激元,其中激子部分负责强非线性,光子部分提供与光的有效耦合。这项工作将为高度非线性纳米光子器件的开发开辟一条新的途径,如微型超快调制器和开关,具有对新一代信号处理和量子技术硬件产生影响的巨大潜力。

项目成果

期刊论文数量(10)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Measurement of local optomechanical properties of a direct bandgap 2D semiconductor
  • DOI:
    10.1063/1.5117259
  • 发表时间:
    2019-10-01
  • 期刊:
  • 影响因子:
    6.1
  • 作者:
    Benimetskiy, F. A.;Sharov, V. A.;Iorsh, I. V.
  • 通讯作者:
    Iorsh, I. V.
Recent advances in graphene and other 2D materials
  • DOI:
    10.1016/j.nanoms.2021.05.002
  • 发表时间:
    2022-03-01
  • 期刊:
  • 影响因子:
    9.9
  • 作者:
    Ares, Pablo;Novoselov, Kostya S.
  • 通讯作者:
    Novoselov, Kostya S.
Emergence of highly linearly polarized interlayer exciton emission in MoSe$_2$/WSe$_2$ heterobilayers with transfer-induced layer corrugation
具有转移诱导层波纹的 MoSe$_2$/WSe$_2$ 异质双层中出现高度线性偏振的层间激子发射
  • DOI:
    10.48550/arxiv.2004.05624
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Alexeev E
  • 通讯作者:
    Alexeev E
Upconverted electroluminescence via Auger scattering of interlayer excitons in van der Waals heterostructures
  • DOI:
    10.1038/s41467-019-10323-9
  • 发表时间:
    2019-05-27
  • 期刊:
  • 影响因子:
    16.6
  • 作者:
    Binder, J.;Howarth, J.;Kozikov, A.
  • 通讯作者:
    Kozikov, A.
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  • 作者:
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Holes avoid decoherence
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  • 期刊:
  • 影响因子:
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  • 作者:
    Alexander Tartakovskii
  • 通讯作者:
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Route to indistinguishable photons
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  • 期刊:
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    32.900
  • 作者:
    Alexander Tartakovskii
  • 通讯作者:
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    Research Grant
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    2022
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    $ 157.35万
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    $ 157.35万
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    2020
  • 资助金额:
    $ 157.35万
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    $ 157.35万
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    Research Grant

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    2023
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    2023
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  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 157.35万
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    2023
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    572432-2022
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    2022
  • 资助金额:
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    University Undergraduate Student Research Awards
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  • 批准号:
    EP/V030280/1
  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    $ 157.35万
  • 项目类别:
    Research Grant
Low-threshold coherent formation and quatum applications of room-temperature polaritons
室温极化子的低阈值相干形成和量子应用
  • 批准号:
    22H00215
  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    $ 157.35万
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
Les phonons polaritons de surface, une nouvelle voie pour la gestion thermique des composants de puissance.
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  • 批准号:
    RGPIN-2017-06918
  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    $ 157.35万
  • 项目类别:
    Discovery Grants Program - Individual
Les phonons polaritons de surface, une nouvelle voie pour la gestion thermique des composants de puissance.
表面声子极化激元,一种新的强力组合物热管理方法。
  • 批准号:
    RGPIN-2017-06918
  • 财政年份:
    2021
  • 资助金额:
    $ 157.35万
  • 项目类别:
    Discovery Grants Program - Individual
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