Quantum control of exciton wave functions in 2D semiconductors

激子 半导体 波函数 物理 量子力学
作者
Jenny Hu,Étienne Lorchat,Xueqi Chen,Kenji Watanabe,Takashi Taniguchi,Tony F. Heinz,Puneet A. Murthy,Thibault Chervy
出处
期刊:Science Advances [American Association for the Advancement of Science (AAAS)]
卷期号:10 (12)
标识
DOI:10.1126/sciadv.adk6369
摘要

Excitons—bound electron-hole pairs—play a central role in light-matter interaction phenomena and are crucial for wide-ranging applications from light harvesting and generation to quantum information processing. A long-standing challenge in solid-state optics has been to achieve precise and scalable control over excitonic motion. We present a technique using nanostructured gate electrodes to create tailored potential landscapes for excitons in 2D semiconductors, enabling in situ wave function shaping at the nanoscale. Our approach forms electrostatic traps for excitons in various geometries, such as quantum dots, rings, and arrays thereof. We show independent spectral tuning of spatially separated quantum dots, achieving degeneracy despite material disorder. Owing to the strong light-matter coupling of excitons in 2D semiconductors, we observe unambiguous signatures of confined exciton wave functions in optical reflection and photoluminescence measurements. This work unlocks possibilities for engineering exciton dynamics and interactions at the nanometer scale, with implications for optoelectronic devices, topological photonics, and quantum nonlinear optics.

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