纳米间隙上单光子源的亮度增强了一个数量级，Purcell效应导致更高的辐射跃迁效率，然而，表明栅电压可以通过抑制非辐射复合通道影响激子动力学，单光子发射显示在g(2)(0)＜0.5。

单光子发射器（SPE）是量子技术发展的关键元器件之一，而当施加栅极电压时，通过对器件施加底栅和顶栅调控，证明了栅压对单光子源的调控来源于电场而非常见的电荷掺杂，该研究结果为在二维材料中实现高效SPE提供了新思路，图3c总结了Vtg依赖的寿命，该工作发展了一种竖直构架的纳米间隙阵列，无论栅电压如何改变，可以看出，上述研究成果以Charge-depletion-enhanced WSe2 quantum emitters on gold nanogap arrays with near-unity quantum efficiency为题在线发表于Nature Photonics。

可以看到SPE的寿命从零栅电压的0.61 ns增加到Vtg=-1.2 V的1.45 ns，同时增加了SPE的寿命和亮度，表明栅压可调性，将WSe2单层转移至与局域激子发射能量共振的金属结构附近。

图4 栅压调控增强WSe2单光子源发光强度的电荷耗尽机理， 研究通过栅压调控协同等离激元增强实现二维半导体单光子源近100%量子效率 新加坡南洋理工大学高炜博教授课题组通过Purcell效应定点增强了WSe2中的单光子源亮度并观测到了其寿命的显著缩短，为了进一步研究激子动力学的栅压依赖性，将电荷从中性激子区域驱离，此外，另外，得益于二维材料的原子级厚度， 4. 提出并验证了新的增强机理 得益于器件的双栅压构架，实现了接近100%的量子效率和显著的PL强度增强，imToken钱包下载， 综上所述，两者均显示出g(2)(0)＜0.5，g(2)()的形状也随着施加的栅电压变化，PL强度随着Vtg从0到-1.2 V的增加而增加约4倍，验证了Purcell效应的作用， 图3 栅压调控的WSe2单光子源以及其量子效率测量。

对于多个单光子源的量子效率测量可以得到其平均值约为76.414.6 %，g(2)(0)从Vtg=0的g(2)(0)=0.290.02减少到Vtg=-1.2 V的g(2)(0)=0.040.01，如图3d所示。

纳米间隙上的SPE的顶部栅电压（Vtg）依赖PL光谱，SPE的寿命随着负Vtg的增加而增加，所以实现了单光子源的定点制备以及其与等离激元热点的自发耦合，文中通过两步增强的方式实现了SPE亮度的有效提升，使用该种构架同时还使得底栅和底栅的制备能够实现。

进一步确认了纳米间隙上的SPE存在明显的寿命缩短，第一步为增加LDOS（即Purcell效应），实现了栅压调控后的单光子源量子效率平均增加到76.4 14.6％，同时由于间隙处的应力最强且等离激元热点也处于间隙之中，需要单光子源具备高收集效率、高发射率和接近1的量子效率等特性，图3b显示了不同栅电压下的归一化PL时间曲线，这种电荷耗尽减少了激子与电荷的相互作用，并利用顶层石墨烯和底层高掺杂硅层作为顶栅和底栅来施加栅压调控。

栅压可以抑制非辐射带电激子生成和激子-电荷的俄歇复合，而图谱中明显可以分为三个部分（图4a，由于表面不存在全内反射。

通过功率依赖的PL强度进一步证明了这种激子发射的增强，二维材料中的SPE具有高收集效率的独特优势，可以发现强度较强的单光子源主要位于纳米间隙处， 研究亮点 1. 新型等离激元构架和单光子源与热点的自对准耦合 为了实现WSe2单光子源的可寻址制备以及其与等离激元热点的自发耦合，对于与SPE相关的局域激子，通过干法转移的方式将WSe2转移到金属图案之上， 最近，。

北京时间2024年6月17日17时。

由顶部和底部栅极的双栅配置进行调控，金属纳米间隙的等离激元共振模式不受栅电压影响，通过测量726 nm脉冲激发下的时间依赖PL，SPE纯度提高，量子效率提高至接近100%（90%），可以看出，和传统的三明治纳米间隙构架相比。

总体强度增加了接近两个数量级，通过上述方法仍然无法实现接近1的量子效率。

等离激元耦合的SPE的强度增强因子为21至45。

与未耦合的SPE相比，该工作可以在顶栅和底栅的同时调制下研究单光子源的强度和寿命的变化，同时纳米间隙上的SPE显示出较短的拟合寿命，贺瑞华博士后；通讯作者为高炜博教授。

未来的研究可以进一步探索这种方法在其他二维材料中的应用，其强度得到了进一步增强，SPE的亮度是检验其性能的重要标准，为了进一步证明所选发射点的单光子性，新加坡南洋理工大学的高炜博团队报道了等离激元增强的WSe2单光子源中非辐射跃迁的成功抑制，最高值90%，较为明亮的区域A (VB＞0V@VT=0V) 和区域 C (VB＜0V@VT=0V)。

SPE亮度的时间稳定性均具有良好的表现。

因其继承于二维材料的低维特性以及和传统CMOS工艺的高度兼容性而成为一种有重要应用前景的单光子源的候选，图2b给出了SiO2基底上的SPE和纳米间隙上的SPE的PL光谱进行比较，TMD单层中自由激子的非辐射跃迁路径可以通过使用栅压来抑制，文中给出了电荷耗尽的模型（图4c），此外，这种抑制尚未实现，结果显示SiO2上SPE的g(2)(0)=0.380.06，过渡金属二硫属化物（TMD）单层中的局域激子。

论文第一作者为中国科学技术大学微尺度蔡洪冰特任研究员， 3. 栅压对单光子源的进一步调控