Korrelierte PL, Raman und IR Nanospektroskopie zur Untersuchung von Einzelphotonenquellen in hBN
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Einzelphotonenemitter (EPEs) stellen einen grundlegenden Baustein für die Weiterentwicklung von Quantentechnologien dar, darunter die Quanteninformationsverarbeitung und Quantenkryptografie. Diese Technologien erfordern die Verfügbarkeit von einzelnen Photonen auf Abruf und sie sollen möglichst ununterscheidbar sein. Darüber hinaus müssen EPEs spezielle Kriterien für ihre zukünftigen Anwendungen erfüllen, wie Stabilität bei Raumtemperatur, Abstimmbarkeit in Energie und Polarisation, sowie deterministische Adressierbarkeit. Vielversprechende EPEs finden sich in geschichteten Van-der-Waals-Materialien wie halbleitenden Übergangsmetall-Dichalkogeniden (ÜMDKs) oder isolierendem hexagonalem Bornitrid (hBN). Obwohl diese Materialien in den letzten Jahren aufgrund ihrer herausragenden optischen und mechanischen Eigenschaften intensiv untersucht wurden, sind die Eigenschaften der in den Kristallen beherbergten EPEs noch relativ unbekannt. Sie wurden zunächst an Kanten und Falten in ÜMDK-Monolagen bei niedrigen Temperaturen beobachtet. Anschließende Forschung zeigte, dass sie deterministisch in lokalen Kristallverformungen entstehen können. Eine alternative Methode zur Erzeugung von EPEs in flachen Monolagen ist die He-Ionen-Bestrahlung. Dies führt zu dem Schluss, dass Verformung in Verbindung mit atomaren Kristallfehlern die Hauptquelle von EPEs in ÜMDKs sind. Ein wesentlicher Nachteil dieser Emitter in halbleitenden Wirtsmaterialien ist, dass sie nur bei kryogenen Temperaturen eine nutzbare Einzelphotonenoperation zeigen. Im Gegensatz dazu lassen sich EPEs in hBN sogar bei Raumtemperatur untersuchen. Da bekannt ist, dass Kristallspannung einen erheblichen Einfluss auf die in ÜMDK-Schichten gefundenen EPEs hat, wird erwartet, dass diese auch hBN-Emitter beeinflusst. Dadurch sind EPEs in hBN vielversprechende Bausteine in zukünftigen Quantentechnologien. Um das volle Potential von Nanostrukturen auszuschöpfen, sind hochmoderne spektroskopische Techniken mit hoher räumlicher Auflösung unerlässlich. Die überwiegende Mehrzahl der optischen Studien zu EPEs wurde jedoch mit Fernfeldtechniken durchgeführt, die durch das Beugungslimit in ihrer räumlichen Auflösung auf den Mikrometer-Bereich beschränkt sind. Dieses Problem kann durch Nahfeld-Mikroskopie und -Spektroskopie überwunden werden, insbesondere durch spitzen-verstärkte Nahfeld-Photolumineszenz (TEPL), Raman-Spektroskopie (TERS) und IR-Nanobildgebung (s-SNOM) sowie -Spektroskopie (nano-FTIR). In diesem Projekt untersuche ich EPEs in hBN mithilfe von Nahfeldtechniken, um deren optische Eigenschaften auf der Nanometer-Skala zu untersuchen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Percolating Superconductivity in Air‐Stable Organic‐Ion Intercalated MoS2. Advanced Functional Materials, 32(52).
Pereira, Jose M.; Tezze, Daniel; Niehues, Iris; Asensio, Yaiza; Yang, Haozhe; Mester, Lars; Chen, Shu; Casanova, Felix; Bittner, Alexander M.; Ormaza, Maider; Schiller, Frederik; Martín‐García, Beatriz; Hillenbrand, Rainer; Hueso, Luis E. & Gobbi, Marco
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Identification of weak molecular absorption in single-wavelength s-SNOM images. Optics Express, 31(4), 7012.
Niehues, Iris; Mester, Lars; Vicentini, Edoardo; Wigger, Daniel; Schnell, Martin & Hillenbrand, Rainer
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Pseudoheterodyne interferometry for multicolor near-field imaging. Optics Express, 31(14), 22308.
Vicentini, Edoardo; Nuansing, Wiwat; Niehues, Iris; Amenabar, Iban; Bittner, Alexander M.; Hillenbrand, Rainer & Schnell, Martin
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Real-space observation of ultraconfined in-plane anisotropic acoustic terahertz plasmon polaritons. Nature Materials, 22(7), 860-866.
Chen, S.; Leng, P. L.; Konečná, A.; Modin, E.; Gutierrez-Amigo, M.; Vicentini, E.; Martín-García, B.; Barra-Burillo, M.; Niehues, I.; Maciel, Escudero C.; Xie, X. Y.; Hueso, L. E.; Artacho, E.; Aizpurua, J.; Errea, I.; Vergniory, M. G.; Chuvilin, A.; Xiu, F. X. & Hillenbrand, R.
