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Journal articles
Unveiling the optical emission channels of monolayer semiconductors coupled to silicon nanoantennas
Jean-Marie Poumirol
1
Ioannis Paradisanos
2
Shivangi Shree
2
Gonzague Agez
1
Xavier Marie
2
Cédric Robert
2
Nicolas Mallet
3
Peter Wiecha
3
Guilhem Larrieu
3
Vincent Larrey
4
Frank Fournel
4
Kenji Watanabe
Takashi Taniguchi
Aurelien Cuche
5
Vincent Paillard
5
Bernhard Urbaszek
2
3
LAAS-MPN - Équipe Matériaux et Procédés pour la Nanoélectronique
LAAS - Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes
5
CEMES-NeO - Nano-Optique et Nanomatériaux pour l'optique
CEMES - Centre d'élaboration de matériaux et d'études structurales
Jean-Marie Poumirol 1
Author
Ioannis Paradisanos 2
Author
Shivangi Shree 2
Author
Gonzague Agez 1
Author IdHAL : gonzague-agez ORCID : https://orcid.org/0000-0002-2164-1283
Xavier Marie 2
Author IdHAL : xavier-marie
Cédric Robert Robert 2
Author IdHAL : cedric-robert
Nicolas Mallet 3
Author
Peter Wiecha 3
Author IdHAL : peter-wiecha arXiv : https://arxiv.org/a/pwiecha ORCID : https://orcid.org/0000-0002-4571-0116
Guilhem Larrieu 3
Author IdHAL : glarrieu
Vincent Larrey 4
Author
Frank Fournel 4
Author
Kenji Watanabe
Author
Takashi Taniguchi
Author
Aurelien Cuche 5
Author IdHAL : aurelien-cuche
Vincent Paillard 5
Author IdHAL : vincentpaillard ResearcherId : http://www.researcherid.com/rid/A-9069-2010
Bernhard Urbaszek 2
Author IdHAL : bernhard-urbaszek ResearcherId : http://www.researcherid.com/rid/B-2285-2018 ORCID : https://orcid.org/0000-0003-0226-7983
1
CEMES - Centre d'élaboration de matériaux et d'études structurales (29 Rue Jeanne Marvig - BP 94347 31055 TOULOUSE CEDEX 4
- France)
- INSA Toulouse - Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (135, avenue de Rangueil - 31077 Toulouse cedex 4 - France)
- ICT-FR 2599 - Institut de Chimie de Toulouse (118 Route de Narbonne 31062 Toulouse cédex 9 - France)
- Toulouse INP - Institut National Polytechnique (Toulouse) (France)
- Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées (41 Allée Jules Guesde, 31000 Toulouse - France)
- IRD - Institut de Recherche pour le Développement (Siège Le Sextant 44, bd de Dunkerque CS 90009 13572 Marseille cedex 02 - France)
- UT3 - Université Toulouse III - Paul Sabatier (118 route de Narbonne - 31062 Toulouse - France)
- Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées (41 Allée Jules Guesde, 31000 Toulouse - France)
- CNRS - Centre National de la Recherche Scientifique : FR2599 (France)
- Toulouse INP - Institut National Polytechnique (Toulouse) (France)
- UT3 - Université Toulouse III - Paul Sabatier (118 route de Narbonne - 31062 Toulouse - France)
- Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées (41 Allée Jules Guesde, 31000 Toulouse - France)
- CNRS - Centre National de la Recherche Scientifique : UPR8011 (France)
2
LPCNO - Laboratoire de physique et chimie des nano-objets (135 rue de Rangueil 31077 TOULOUSE CEDEX 4 - France)
- INSA Toulouse - Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (135, avenue de Rangueil - 31077 Toulouse cedex 4 - France)
- ICT-FR 2599 - Institut de Chimie de Toulouse (118 Route de Narbonne 31062 Toulouse cédex 9 - France)
- Toulouse INP - Institut National Polytechnique (Toulouse) (France)
- Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées (41 Allée Jules Guesde, 31000 Toulouse - France)
- IRD - Institut de Recherche pour le Développement (Siège Le Sextant 44, bd de Dunkerque CS 90009 13572 Marseille cedex 02 - France)
- UT3 - Université Toulouse III - Paul Sabatier (118 route de Narbonne - 31062 Toulouse - France)
- Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées (41 Allée Jules Guesde, 31000 Toulouse - France)
- CNRS - Centre National de la Recherche Scientifique : FR2599 (France)
- Toulouse INP - Institut National Polytechnique (Toulouse) (France)
- IRSAMC - Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes : UMR5215 (UPS - IRSAMC. - Bat. IIIr1-B4. - 118 route de Narbonne 31062 Toulouse cedex - France)
- INSA Toulouse - Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (135, avenue de Rangueil - 31077 Toulouse cedex 4 - France)
- UT3 - Université Toulouse III - Paul Sabatier (118 route de Narbonne - 31062 Toulouse - France)
- Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées (41 Allée Jules Guesde, 31000 Toulouse - France)
- CNRS - Centre National de la Recherche Scientifique : FR2568 (France)
3
LAAS-MPN - Équipe Matériaux et Procédés pour la Nanoélectronique (France)
- LAAS - Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes (7 Av du colonel Roche 31077 TOULOUSE CEDEX 4 - France)
- UT1 - Université Toulouse 1 Capitole (2 rue du Doyen-Gabriel-Marty - 31042 Toulouse Cedex 9 - France)
- INSA Toulouse - Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (135, avenue de Rangueil - 31077 Toulouse cedex 4 - France)
- UT2J - Université Toulouse - Jean Jaurès (5 allées Antonio Machado - 31058 Toulouse Cedex 9 - France)
- UT3 - Université Toulouse III - Paul Sabatier (118 route de Narbonne - 31062 Toulouse - France)
- Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées (41 Allée Jules Guesde, 31000 Toulouse - France)
- CNRS - Centre National de la Recherche Scientifique : UPR8001 (France)
- Toulouse INP - Institut National Polytechnique (Toulouse) (France)
- Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées (41 Allée Jules Guesde, 31000 Toulouse - France)
4
CEA-LETI - Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives - Laboratoire d'Electronique et de Technologie de l'Information (MINATEC 17, rue des Martyrs, 38054, Grenoble Cedex 9 - France)
- DRT (CEA) - Direction de Recherche Technologique (CEA) : DRT (France)
- CEA - Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives : DRT (Centre de Saclay Centre de Grenoble Centre de Cadarache etc - France)
5
CEMES-NeO - Nano-Optique et Nanomatériaux pour l'optique (CEMES 29 rue Jeanne Marvig, BP 94347, F-31055 Toulouse Cedex 4 - France)
- CEMES - Centre d'élaboration de matériaux et d'études structurales (29 Rue Jeanne Marvig - BP 94347 31055 TOULOUSE CEDEX 4
- France)
- INSA Toulouse - Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (135, avenue de Rangueil - 31077 Toulouse cedex 4 - France)
- ICT-FR 2599 - Institut de Chimie de Toulouse (118 Route de Narbonne 31062 Toulouse cédex 9 - France)
- Toulouse INP - Institut National Polytechnique (Toulouse) (France)
- Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées (41 Allée Jules Guesde, 31000 Toulouse - France)
- IRD - Institut de Recherche pour le Développement (Siège Le Sextant 44, bd de Dunkerque CS 90009 13572 Marseille cedex 02 - France)
- UT3 - Université Toulouse III - Paul Sabatier (118 route de Narbonne - 31062 Toulouse - France)
- Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées (41 Allée Jules Guesde, 31000 Toulouse - France)
- CNRS - Centre National de la Recherche Scientifique : FR2599 (France)
- Toulouse INP - Institut National Polytechnique (Toulouse) (France)
- UT3 - Université Toulouse III - Paul Sabatier (118 route de Narbonne - 31062 Toulouse - France)
- Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées (41 Allée Jules Guesde, 31000 Toulouse - France)
- CNRS - Centre National de la Recherche Scientifique : UPR8011 (France)
Abstract : Monolayers (MLs) of transition metal dichalcogenides (TMDs) such as WSe2 and MoSe2 can be placed by dry stamping directly on broadband dielectric resonators, which have the ability to enhance the spontaneous emission rate and brightness of solid-state emitters at room temperature. We show strongly enhanced emission and directivity modifications in room-temperature photoluminescence mapping experiments. By varying TMD material (WSe2 vs MoSe2) transferred on silicon nanoresonators with various designs (planarized vs nonplanarized), we experimentally separate the different physical mechanisms that govern the global light emission enhancement. For WSe2 and MoSe2, we address the effects of Mie resonances and strain in the monolayer. For WSe2, an important additional contribution comes from out-of-plane exciton dipoles. This paves the way for more targeted designs of TMD-Si nanoresonator structures for room-temperature applications.
Document type :
Journal articles
Complete list of metadatas
https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-03075337
Contributor : Aurelien Cuche <>
Submitted on : Wednesday, December 16, 2020 - 1:34:35 PM
Last modification on : Saturday, December 19, 2020 - 3:24:52 AM
Contributor : Aurelien Cuche <>
Submitted on : Wednesday, December 16, 2020 - 1:34:35 PM
Last modification on : Saturday, December 19, 2020 - 3:24:52 AM
File
Poumirol-ACS_Photon-2020.pdf
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Identifiers
- HAL Id : hal-03075337, version 1
- DOI : 10.1021/acsphotonics.0c01175
Collections
UNIV-TLSE3 | UT1-CAPITOLE | LAAS-MPN | UNIV-TLSE2 | CEMES | INC-CNRS | NEO | INSA-TOULOUSE | UNIV-COTEDAZUR | INSA-GROUPE | LAAS | CNRS | LAAS-MICRO-NANO-BIO-TECHNOLOGIES | IRD | IRSAMC | CEA | LPCNO | DRT | LETI | CEA-GRE
Citation
Jean-Marie Poumirol, Ioannis Paradisanos, Shivangi Shree, Gonzague Agez, Xavier Marie, et al.. Unveiling the optical emission channels of monolayer semiconductors coupled to silicon nanoantennas. ACS photonics, American Chemical Society,, 2020, 7 (11), pp.3106-3115. ⟨10.1021/acsphotonics.0c01175⟩. ⟨hal-03075337⟩
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