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Tuning emission of charged excitons in two-dimensional transition metal dichalcogenide monolayers

Description du projet

Des excitons chargés ouvrent la voie à des technologies quantiques plus efficaces

Les monocouches de dichalcogénure de métal de transition (TMD) sont des semi-conducteurs d’épaisseur monoatomique considérés comme des plateformes prometteuses pour les technologies de l’information quantique, car ils abritent des «vallées» offrant des degrés de liberté quantiques qui pourraient faire office de qubits. En contrôlant la polarisation de la lumière que les excitons génèrent à l’intérieur de ces semi-conducteurs, on pourrait obtenir des dispositifs quantiques plus efficaces. Financé par le programme Actions Marie Skłodowska-Curie, le projet 2DCHEX a l’ambition de créer une interface électro-optique en dopant des monocouches de TMD. Des doubles couches électriques serviront à contrôler la formation d’excitons chargés, tandis que des nano-antennes complexes amélioreront l’émission de faisceaux collimatés. L’objectif ultime du projet consiste à mettre au point un dispositif quantique puissant, directionnel et accordable électriquement, qui fonctionnerait à température ambiante et pourrait améliorer l’efficacité de l’informatique et des technologies de l’information quantiques.

Objectif

Transition metal dichalcogenide (TMD) monolayers constitute an attractive material platform due to additional degrees of freedom in encoding and processing quantum information. Currently, the use of these degrees of freedom in valleytronics is hampered due to the low valley polarization of the neutral exciton at room temperature. Recently, charged excitons have been demonstrated to exhibit high valley polarization even at room temperature albeit with low quantum yield and have a need for sophisticated charge doping techniques. This action proposes a novel electro-optical interface based on electron doping of TMD monolayers. I suggest to use the electric double layers to control the formation of charged excitons, and to use complex nanoantennas to enhance and collimate generated emission. My goal is to develop a quantum device merging fields of electrochemistry, photonics, plasmonics and TMD materials, giving practical access to new degrees of freedom for future valleytronic applications. The objectives are to demonstrate the exciton charging in TMD monolayers using a custom-built electrochemical cell and to tune electrically charged-exciton emission through the manipulation of the Fermi level, i.e. chemical potential. I aim to use the tuning of emission energy for coupling the charged exciton with a narrow resonance of a complex nanoantenna. This antenna will increase the extraction efficiency by directing the emission of charged excitons and enhancing their generation rate. Furthermore, I aim to explore the chirality of valley polarization and address the emission of charged excitons for their directional coupling with plasmons in high quality wedge waveguides based on crystalline gold micro-flakes. The overarching aim of my action is the development of a novel bright, directional, and electrically tunable quantum emitting device operating at room temperature for future quantum computing and information technologies.

Coordinateur

SYDDANSK UNIVERSITET
Contribution nette de l'UE
€ 207 312,00
Adresse
CAMPUSVEJ 55
5230 Odense M
Danemark

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Région
Danmark Syddanmark Fyn
Type d’activité
Higher or Secondary Education Establishments
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Coût total
€ 207 312,00