Precisely positioned and scalable single-photon emitters (SPEs) are highly desirable for applications in quantum technology. This Perspective discusses single-photon-emitting atomistic defects in monolayers of MoS2 that can be generated by focused He-ion irradiation with few nanometers positioning accuracy. We present the optical properties of the emitters and the possibilities to implement them into photonic and optoelectronic devices. We showcase the advantages of the presented emitters with respect to atomistic positioning, scalability, long (microsecond) lifetime, and a homogeneous emission energy within ensembles of the emitters. Moreover, we demonstrate that the emitters are stable in energy on a timescale exceeding several weeks and that temperature cycling narrows the ensembles' emission energy distribution.

1.
I.
Aharonovich
,
D.
Englund
, and
M.
Toth
,
Nat. Photonics
10
,
631
(
2016
).
2.
I.
Aharonovich
,
S.
Castelletto
,
D. A.
Simpson
,
C.-H.
Su
,
A. D.
Greentree
, and
S.
Prawer
,
Rep. Prog. Phys.
74
,
076501
(
2011
).
3.
R.
Trivedi
,
K. A.
Fischer
,
J.
Vučković
, and
K.
Müller
,
Adv. Quantum Technol.
3
,
1900007
(
2020
).
4.
P.
Senellart
,
G.
Solomon
, and
A.
White
,
Nat. Nanotechnol.
12
,
1026
(
2017
).
6.
X.
He
,
H.
Htoon
,
S. K.
Doorn
,
W. H. P.
Pernice
,
F.
Pyatkov
,
R.
Krupke
,
A.
Jeantet
,
Y.
Chassagneux
, and
C.
Voisin
,
Nat. Mater.
17
,
663
(
2018
).
7.
C. H.
Bennett
and
G.
Brassard
,
Theor. Comput. Sci.
560
,
7
(
2014
).
8.
S.
Aaronson
and
A.
Arkhipov
, in
Proceedings of the Forty-Third Annual ACM Symposium on Theory of Computing
(
Association for Computing Machinery
,
San Jose, California, USA
,
2011
), pp.
333
342
.
9.
A. P.
Lund
,
A.
Laing
,
S.
Rahimi-Keshari
,
T.
Rudolph
,
J. L.
O'Brien
, and
T. C.
Ralph
,
Phys. Rev. Lett.
113
,
100502
(
2014
).
10.
C.
Santori
,
M.
Pelton
,
G.
Solomon
,
Y.
Dale
, and
Y.
Yamamoto
,
Phys. Rev. Lett.
86
,
1502
(
2001
).
11.
T.
Schröder
,
M. E.
Trusheim
,
M.
Walsh
,
L.
Li
,
J.
Zheng
,
M.
Schukraft
,
A.
Sipahigil
,
R. E.
Evans
,
D. D.
Sukachev
,
C. T.
Nguyen
,
J. L.
Pacheco
,
R. M.
Camacho
,
E. S.
Bielejec
,
M. D.
Lukin
, and
D.
Englund
,
Nat. Commun.
8
,
15376
(
2017
).
12.
K.
Ohno
,
F.
Joseph Heremans
,
L. C.
Bassett
,
B. A.
Myers
,
D. M.
Toyli
,
A. C.
Bleszynski Jayich
,
C. J.
Palmstrøm
, and
D. D.
Awschalom
,
Appl. Phys. Lett.
101
,
082413
(
2012
).
13.
P.
Tonndorf
,
R.
Schmidt
,
R.
Schneider
,
J.
Kern
,
M.
Buscema
,
G. A.
Steele
,
A.
Castellanos-Gomez
,
H. S. J.
van der Zant
,
S.
Michaelis de Vasconcellos
, and
R.
Bratschitsch
,
Optica
2
,
347
(
2015
).
14.
C.
Chakraborty
,
L.
Kinnischtzke
,
K. M.
Goodfellow
,
R.
Beams
, and
A. N.
Vamivakas
,
Nat. Nanotechnol.
10
,
507
(
2015
).
15.
A.
Srivastava
,
M.
Sidler
,
A. V.
Allain
,
D. S.
Lembke
,
A.
Kis
, and
A.
Imamoğlu
,
Nat. Nanotechnol.
10
,
491
(
2015
).
16.
M.
Koperski
,
K.
Nogajewski
,
A.
Arora
,
V.
Cherkez
,
P.
Mallet
,
J. Y.
Veuillen
,
J.
Marcus
,
P.
Kossacki
, and
M.
Potemski
,
Nat. Nanotechnol.
10
,
503
(
2015
).
17.
J.
Kern
,
I.
Niehues
,
P.
Tonndorf
,
R.
Schmidt
,
D.
Wigger
,
R.
Schneider
,
T.
Stiehm
,
S.
Michaelis de Vasconcellos
,
D. E.
Reiter
,
T.
Kuhn
, and
R.
Bratschitsch
,
Adv. Mater.
28
,
7101
(
2016
).
18.
C.
Palacios-Berraquero
,
D. M.
Kara
,
A. R.-P.
Montblanch
,
M.
Barbone
,
P.
Latawiec
,
D.
Yoon
,
A. K.
Ott
,
M.
Loncar
,
A. C.
Ferrari
, and
M.
Atatüre
,
Nat. Commun.
8
,
15093
(
2017
).
19.
A.
Branny
,
S.
Kumar
,
R.
Proux
, and
B. D.
Gerardot
,
Nat. Commun.
8
,
15053
(
2017
).
20.
P.
Tonndorf
,
S.
Schwarz
,
J.
Kern
,
I.
Niehues
,
O.
Del Pozo-Zamudio
,
A. I.
Dmitriev
,
A. P.
Bakhtinov
,
D. N.
Borisenko
,
N. N.
Kolesnikov
,
A. I.
Tartakovskii
,
S.
Michaelis de Vasconcellos
, and
R.
Bratschitsch
,
2D Mater.
4
,
021010
(
2017
).
21.
T. T.
Tran
,
K.
Bray
,
M. J.
Ford
,
M.
Toth
, and
I.
Aharonovich
,
Nat. Nanotechnol.
11
,
37
(
2016
).
22.
T. T.
Tran
,
C.
Elbadawi
,
D.
Totonjian
,
C. J.
Lobo
,
G.
Grosso
,
H.
Moon
,
D. R.
Englund
,
M. J.
Ford
,
I.
Aharonovich
, and
M.
Toth
,
ACS Nano
10
,
7331
(
2016
).
23.
J.
Ziegler
,
R.
Klaiss
,
A.
Blaikie
,
D.
Miller
,
V. R.
Horowitz
, and
B. J.
Alemán
,
Nano Lett.
19
,
2121
(
2019
).
24.
N. V.
Proscia
,
Z.
Shotan
,
H.
Jayakumar
,
P.
Reddy
,
C.
Cohen
,
M.
Dollar
,
A.
Alkauskas
,
M.
Doherty
,
C. A.
Meriles
, and
V. M.
Menon
,
Optica
5
,
1128
(
2018
).
25.
N.
Mendelson
,
Z.-Q.
Xu
,
T. T.
Tran
,
M.
Kianinia
,
J.
Scott
,
C.
Bradac
,
I.
Aharonovich
, and
M.
Toth
,
ACS Nano
13
,
3132
(
2019
).
26.
M. E.
Reimer
and
C.
Cher
,
Nat. Photonics
13
,
734
(
2019
).
27.
M.
Ye
,
H.
Seo
, and
G.
Galli
,
npj Comput. Mater.
5
,
44
(
2019
).
28.
J.
Klein
,
M.
Lorke
,
M.
Florian
,
F.
Sigger
,
L.
Sigl
,
S.
Rey
,
J.
Wierzbowski
,
J.
Cerne
,
K.
Müller
,
E.
Mitterreiter
,
P.
Zimmermann
,
T.
Taniguchi
,
K.
Watanabe
,
U.
Wurstbauer
,
M.
Kaniber
,
M.
Knap
,
R.
Schmidt
,
J. J.
Finley
, and
A. W.
Holleitner
,
Nat. Commun.
10
,
2755
(
2019
).
29.
J.
Klein
,
L.
Sigl
,
S.
Gyger
,
K.
Barthelmi
,
M.
Florian
,
S.
Rey
,
T.
Taniguchi
,
K.
Watanabe
,
F.
Jahnke
,
C.
Kastl
,
V.
Zwiller
,
K. D.
Jöns
,
K.
Müller
,
U.
Wurstbauer
,
J. J.
Finley
, and
A. W.
Holleitner
, arXiv:2002.08819 (
2020
).
30.
E.
Mitterreiter
,
B.
Schuler
,
K. A.
Cochrane
,
U.
Wurstbauer
,
A.
Weber-Bargioni
,
C.
Kastl
, and
A. W.
Holleitner
,
Nano Lett.
20
,
4437
(
2020
).
31.
M.
Blauth
,
M.
Jürgensen
,
G.
Vest
,
O.
Hartwig
,
M.
Prechtl
,
J.
Cerne
,
J. J.
Finley
, and
M.
Kaniber
,
Nano Lett.
18
,
6812
(
2018
).
32.
F.
Peyskens
,
C.
Chakraborty
,
M.
Muneeb
,
D. V.
Thourhout
, and
D.
Englund
,
Nat. Commun.
10
,
4435
(
2019
).
33.
C.
Errando-Herranz
,
E.
Schöll
,
R.
Picard
,
M.
Laini
,
S.
Gyger
,
A. W.
Elshaari
,
A.
Branny
,
U.
Wennberg
,
S.
Barbat
,
T.
Renaud
,
M.
Brotons-Gisbert
,
C.
Bonato
,
B. D.
Gerardot
,
V.
Zwiller
, and
K. D.
Jöns
, arXiv:2002.07657 (
2020
).
34.
J.
Wierzbowski
,
J.
Klein
,
F.
Sigger
,
C.
Straubinger
,
M.
Kremser
,
T.
Taniguchi
,
K.
Watanabe
,
U.
Wurstbauer
,
A. W.
Holleitner
,
M.
Kaniber
,
K.
Müller
, and
J. J.
Finley
,
Sci. Rep.
7
,
12383
(
2017
).
35.
F.
Cadiz
,
E.
Courtade
,
C.
Robert
,
G.
Wang
,
Y.
Shen
,
H.
Cai
,
T.
Taniguchi
,
K.
Watanabe
,
H.
Carrere
,
D.
Lagarde
,
M.
Manca
,
T.
Amand
,
P.
Renucci
,
S.
Tongay
,
X.
Marie
, and
B.
Urbaszek
,
Phys. Rev. X
7
,
021026
(
2017
).
36.
O. A.
Ajayi
,
J. V.
Ardelean
,
G. D.
Shepard
,
J.
Wang
,
A.
Antony
,
T.
Taniguchi
,
K.
Watanabe
,
T. F.
Heinz
,
S.
Strauf
,
X.-Y.
Zhu
, and
J. C.
Hone
,
2D Mater.
4
,
031011
(
2017
).
37.
C.
Pöpsel
,
J.
Becker
,
N.
Jeon
,
M.
Döblinger
,
T.
Stettner
,
Y. T.
Gottschalk
,
B.
Loitsch
,
S.
Matich
,
M.
Altzschner
,
A. W.
Holleitner
,
J. J.
Finley
,
L. J.
Lauhon
, and
G.
Koblmüller
,
Nano Lett.
18
,
3911
(
2018
).
38.
S.
Kretschmer
,
M.
Maslov
,
S.
Ghaderzadeh
,
M.
Ghorbani-Asl
,
G.
Hlawacek
, and
A. V.
Krasheninnikov
,
ACS Appl. Mater. Interfaces
10
,
30827
(
2018
).
39.
K.
Kang
,
S.
Xie
,
L.
Huang
,
Y.
Han
,
P. Y.
Huang
,
K. F.
Mak
,
C.-J.
Kim
,
D.
Muller
, and
J.
Park
,
Nature
520
,
656
(
2015
).
40.
K. F.
Mak
,
K.
He
,
C.
Lee
,
G. H.
Lee
,
J.
Hone
,
T. F.
Heinz
, and
J.
Shan
,
Nat. Mater.
12
,
207
(
2013
).
41.
S.
Refaely-Abramson
,
D. Y.
Qiu
,
S. G.
Louie
, and
J. B.
Neaton
,
Phys. Rev. Lett.
121
,
167402
(
2018
).
42.
H. M.
Bretscher
,
Z.
Li
,
J.
Xiao
,
D. Y.
Qiu
, and
S.
Refaely-Abramson
, arXiv:2002.03956 (
2020
).
43.
J.
Klein
,
A.
Kuc
,
A.
Nolinder
,
M.
Altzschner
,
J.
Wierzbowski
,
F.
Sigger
,
F.
Kreupl
,
J. J.
Finley
,
U.
Wurstbauer
,
A. W.
Holleitner
, and
M.
Kaniber
,
2D Mater.
5
,
011007
(
2017
).
45.
J. C.
Loredo
,
M. A.
Broome
,
P.
Hilaire
,
O.
Gazzano
,
I.
Sagnes
,
A.
Lemaitre
,
M. P.
Almeida
,
P.
Senellart
, and
A. G.
White
,
Phys. Rev. Lett.
118
,
130503
(
2017
).
46.
H.
Wang
,
J.
Qin
,
X.
Ding
,
M.-C.
Chen
,
S.
Chen
,
X.
You
,
Y.-M.
He
,
X.
Jiang
,
L.
You
,
Z.
Wang
,
C.
Schneider
,
J. J.
Renema
,
S.
Höfling
,
C.-Y.
Lu
, and
J.-W.
Pan
,
Phys. Rev. Lett.
123
,
250503
(
2019
).
47.
E.
Knill
,
R.
Laflamme
, and
G. J.
Milburn
,
Nature
409
,
46
(
2001
).
48.
T.
Rudolph
,
APL Photonics
2
,
030901
(
2017
).
49.
J.
Klein
,
J.
Wierzbowski
,
A.
Regler
,
J.
Becker
,
F.
Heimbach
,
K.
Müller
,
M.
Kaniber
, and
J. J.
Finley
,
Nano Lett.
16
,
1554
(
2016
).
50.
J. Q.
Grim
,
A. S.
Bracker
,
M.
Zalalutdinov
,
S. G.
Carter
,
A. C.
Kozen
,
M.
Kim
,
C. S.
Kim
,
J. T.
Mlack
,
M.
Yakes
,
B.
Lee
, and
D.
Gammon
,
Nat. Mater.
18
,
963
(
2019
).
You do not currently have access to this content.