Atomically thin black phosphorus (BP) is an emerging two dimensional (2D) material exhibiting bright photoluminescence in the near infrared region. Coupling its radiation to photonic nanostructures will be an important step toward the realization of 2D material based nanophotonic devices that operate efficiently in the near infrared region, which includes the technologically important optical telecommunication wavelength bands. In this letter, we demonstrate the optical coupling between atomically thin BP and a 2D photonic crystal nanocavity. We employed a home-build dry transfer apparatus for placing a thin BP flake on the surface of the nanocavity. Their optical coupling was analyzed through measuring cavity mode emission under optical carrier injection at room temperature.

1.
M.
Liu
,
X.
Yin
,
E.
Ulin-Avila
,
B.
Geng
,
T.
Zentgraf
,
L.
Ju
,
F.
Wang
, and
X.
Zhang
,
Nature
474
,
64
(
2011
).
2.
A.
Majumdar
,
J.
Kim
,
J.
Vuckovic
, and
F.
Wang
,
Nano Lett.
13
,
515
(
2013
).
3.
X.
Gan
,
R.
Shiue
,
Y.
Gao
,
K. F.
Mak
,
X.
Yao
,
L.
Li
,
A.
Szep
,
D.
Walker
,
J.
Hone
,
T. F.
Heinz
, and
D.
Englund
,
Nano Lett.
13
,
691
(
2013
).
4.
F.
Xia
,
T.
Mueller
,
Y.
Lin
,
A.
Valdes-Garcia
, and
P.
Avouris
,
Nat. Nanotechnol.
4
,
839
(
2009
).
5.
N.
Youngblood
,
C.
Chen
,
S. J.
Koester
, and
M.
Li
,
Nat. Photonics
9
,
247
(
2015
).
6.
H.
Yuan
,
X.
Liu
,
F.
Afshinmanesh
,
W.
Li
,
G.
Xu
,
J.
Sun
,
B.
Lian
,
A. G.
Curto
,
G.
Ye
,
Y.
Hikita
,
Z.
Shen
,
S.-C.
Zhang
,
X.
Chen
,
M.
Brongersma
,
H. Y.
Hwang
, and
Y.
Cui
,
Nat. Nanotechnol.
10
,
707
(
2015
).
7.
T.
Gu
,
N.
Petrone
,
J. F.
McMillan
,
A.
van der Zande
,
M.
Yu
,
G. Q.
Lo
,
D. L.
Kwong
,
J.
Hone
, and
C. W.
Wong
,
Nat. Photonics
6
,
554
(
2012
).
8.
T. K.
Fryett
,
K. L.
Seyler
,
J.
Zheng
,
C.
Liu
,
X.
Xu
, and
A.
Majumdar
,
2D Mater.
4
,
15031
(
2016
).
9.
Y. D.
Kim
,
H.
Kim
,
Y.
Cho
,
J. H.
Ryoo
,
C.-H.
Park
,
P.
Kim
,
Y. S.
Kim
,
S.
Lee
,
Y.
Li
,
S.-N.
Park
,
Y.
Shim Yoo
,
D.
Yoon
,
V. E.
Dorgan
,
E.
Pop
,
T. F.
Heinz
,
J.
Hone
,
S.-H.
Chun
,
H.
Cheong
,
S. W.
Lee
,
M.-H.
Bae
, and
Y. D.
Park
,
Nat. Nanotechnol.
10
,
676
(
2015
).
10.
S.
Wu
,
S.
Buckley
,
J. R.
Schaibley
,
L.
Feng
,
J.
Yan
,
D. G.
Mandrus
,
F.
Hatami
,
W.
Yao
,
J.
Vučković
,
A.
Majumdar
, and
X.
Xu
,
Nature
520
,
69
(
2015
).
11.
Y.
Ye
,
Z. J.
Wong
,
X.
Lu
,
X.
Ni
,
H.
Zhu
,
X.
Chen
,
Y.
Wang
, and
X.
Zhang
,
Nat. Photonics
9
,
733
(
2015
).
12.
O.
Salehzadeh
,
M.
Djavid
,
N. H.
Tran
,
I.
Shih
, and
Z.
Mi
,
Nano Lett.
15
,
5302
(
2015
).
13.
Y.
Li
,
J.
Zhang
,
D.
Huang
,
H.
Sun
,
F.
Fan
,
J.
Feng
,
Z.
Wang
, and
C. Z.
Ning
, preprint arXiv:1701.07921 (
2017
).
14.
K. F.
Mak
and
J.
Shan
,
Nat. Photonics
10
,
216
(
2016
).
15.
S.
Butun
,
S.
Tongay
, and
K.
Aydin
,
Nano Lett.
15
,
2700
(
2015
).
16.
X.
Ling
,
H.
Wang
,
S.
Huang
,
F.
Xia
, and
M. S.
Dresselhaus
,
Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.
112
,
4523
(
2015
).
17.
S. B.
Lu
,
L. L.
Miao
,
Z. N.
Guo
,
X.
Qi
,
C. J.
Zhao
,
H.
Zhang
,
S. C.
Wen
,
D. Y.
Tang
, and
D. Y.
Fan
,
Opt. Express
23
,
11183
(
2015
).
18.
X.
Wang
,
A. M.
Jones
,
K. L.
Seyler
,
V.
Tran
,
Y.
Jia
,
H.
Zhao
,
H.
Wang
,
L.
Yang
,
X.
Xu
, and
F.
Xia
,
Nat. Nanotechnol.
10
,
517
(
2015
).
19.
L.
Li
,
J.
Kim
,
C.
Jin
,
G. J.
Ye
,
D. Y.
Qiu
,
F. H.
da Jornada
,
Z.
Shi
,
L.
Chen
,
Z.
Zhang
,
F.
Yang
,
K.
Watanabe
,
T.
Taniguchi
,
W.
Ren
,
S. G.
Louie
,
X. H.
Chen
,
Y.
Zhang
, and
F.
Wang
,
Nat. Nanotechnol.
12
,
21
(
2016
).
20.
A.
Castellanos-Gomez
,
M.
Buscema
,
R.
Molenaar
,
V.
Singh
,
L.
Janssen
,
H. S. J.
van der Zant
, and
G. a.
Steele
,
2D Mater.
1
,
11002
(
2014
).
21.
J. D.
Wood
,
S. A.
Wells
,
D.
Jariwala
,
K.
Chen
,
E.
Cho
,
V. K.
Sangwan
,
X.
Liu
,
L. J.
Lauhon
,
T. J.
Marks
, and
M. C.
Hersam
,
Nano Lett.
14
,
6964
(
2014
).
22.
Y.
Akahane
,
T.
Asano
,
B.-S.
Song
, and
S.
Noda
,
Opt. Express
13
,
1202
(
2005
).
23.
N.-V.-Q.
Tran
,
S.
Combrié
,
P.
Colman
,
A.
De Rossi
, and
T.
Mei
,
Phys. Rev. B
82
,
75120
(
2010
).
24.
D.
Englund
,
A.
Faraon
,
I.
Fushman
,
N.
Stoltz
,
P.
Petroff
, and
J.
Vucković
,
Nature
450
,
857
(
2007
).
25.
Y.
Lin
,
X.
Ling
,
L.
Yu
,
S.
Huang
,
A. L.
Hsu
,
Y. H.
Lee
,
J.
Kong
,
M. S.
Dresselhaus
, and
T.
Palacios
,
Nano Lett.
14
,
5569
(
2014
).

Supplementary Material

You do not currently have access to this content.