用于太赫兹技术的二维过渡金属硫族化合物中的量子缺陷

《ACS Nano》：Quantum Defects in 2D Transition Metal Dichalcogenides for Terahertz Technologies

二维过渡金属二硫化物中可控引入的过渡金属点缺陷可通过第一性原理计算分析其电荷转移能级，发现部分缺陷具有太赫兹范围的零场分裂特性，可作为近红外光调控的高保真量子比特，拓展高温太赫兹量子技术及单光子发射应用。

　　

最近，人们能够在二维（2D）过渡金属硫族化合物中可控地引入替代型过渡金属（TM）点缺陷。我们采用第一性原理材料发现方法，研究了25种过渡金属元素替代Mo和W在2D MoS₂及WSe₂中的情况，确定了潜在的量子缺陷类型。我们分析了这50种体系的电荷转移能级变化趋势，并发现了一些具有自旋三重态基态的缺陷，这些缺陷在太赫兹（THz）波段表现出零场分裂（ZFS）现象，而通常情况下这一分裂发生在吉赫兹（GHz）波段。这些缺陷能够与近红外辐射发生耦合，为利用自旋依赖的光学跃迁来实现高保真度量子比特的应用提供了可能。太赫兹波段的零场分裂意味着与GHz波段的量子比特相比，这些高保真度操作可以在更高的温度下进行。我们的研究结果还表明有可能实现单光子太赫兹发射器。这项工作拓展了量子缺陷的研究范围，为下一代太赫兹量子技术的发展带来了新的机遇——鉴于太赫兹光源和探测器的快速发展，这一领域正日益受到关注。