We demonstrate that optically active emitters can be locally generated by focusing a He-ion beam onto monolayer WS2 encapsulated in hBN. The emitters show a low-temperature photoluminescence spectrum, which is well described by an independent Boson model for localized emitters. Consistently, the photoluminescence intensity of the emitters saturates at low excitation intensities, which is distinct to the photoluminescence of excitonic transitions in the investigated WS2 monolayers. The demonstrated method allows us to position defect emitters in WS2 monolayers on demand. A statistical analysis suggests the generation yield of individual emitters to be as high as 11% at the highest investigated He-ion doses.
References
1.
J. L.
O'Brien
, Science
318
, 1567
(2007
).2.
C.-H.
Su
, A. D.
Greentree
, and L. C. L.
Hollenberg
, Phys. Rev. A
80
, 052308
(2009
).3.
I.
Aharonovich
, S.
Castelletto
, D. A.
Simpson
, C.-H.
Su
, A. D.
Greentree
, and S.
Prawer
, Rep. Prog. Phys.
74
, 076501
(2011
).4.
P.
Senellart
, G.
Solomon
, and A.
White
, Nat. Nanotechnol.
12
, 1026
(2017
).5.
N.
Somaschi
, V.
Giesz
, L.
De Santis
, J. C.
Loredo
, M. P.
Almeida
, G.
Hornecker
, S. L.
Portalupi
, T.
Grange
, C.
Antón
, J.
Demory
, C.
Gómez
, I.
Sagnes
, N. D.
Lanzillotti-Kimura
, A.
Lemaítre
, A.
Auffeves
, A. G.
White
, L.
Lanco
, and P.
Senellart
, Nat. Photonics
10
, 340
(2016
).6.
J. C.
Loredo
, N. A.
Zakaria
, N.
Somaschi
, C.
Anton
, L.
de Santis
, V.
Giesz
, T.
Grange
, M. A.
Broome
, O.
Gazzano
, G.
Coppola
, I.
Sagnes
, A.
Lemaitre
, A.
Auffeves
, P.
Senellart
, M. P.
Almeida
, and A. G.
White
, Optica
3
, 433
(2016
).7.
S.
Michaelis de Vasconcellos
, D.
Wigger
, U.
Wurstbauer
, A. W.
Holleitner
, R.
Bratschitsch
, and T.
Kuhn
, Phys. Status Solidi B
259
, 2100566
(2022
).8.
A.
Chaves
, J. G.
Azadani
, H.
Alsalman
, D. R.
da Costa
, R.
Frisenda
, A. J.
Chaves
, S. H.
Song
, Y. D.
Kim
, D.
He
, J.
Zhou
, A.
Castellanos-Gomez
, F. M.
Peeters
, Z.
Liu
, C. L.
Hinkle
, S.-H.
Oh
, P. D.
Ye
, S. J.
Koester
, Y. H.
Lee
, P.
Avouris
, X.
Wang
, and T.
Low
, npj 2D Mater. Appl.
4
, 29
(2020
).9.
F.
Peyskens
, C.
Chakraborty
, M.
Muneeb
, D.
Van Thourhout
, and D.
Englund
, Nat. Commun.
10
, 4435
(2019
).10.
M.
Blauth
, M.
Jürgensen
, G.
Vest
, O.
Hartwig
, M.
Prechtl
, J.
Cerne
, J. J.
Finley
, and M.
Kaniber
, Nano Lett.
18
, 6812
(2018
).11.
A.
Hötger
, J.
Klein
, K.
Barthelmi
, L.
Sigl
, F.
Sigger
, W.
Männer
, S.
Gyger
, M.
Florian
, M.
Lorke
, F.
Jahnke
, T.
Taniguchi
, K.
Watanabe
, K. D.
Jöns
, U.
Wurstbauer
, C.
Kastl
, K.
Müller
, J. J.
Finley
, and A. W.
Holleitner
, Nano Lett.
21
, 1040
(2021
).12.
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
).13.
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
).14.
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
).15.
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
).16.
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
).17.
K.
Barthelmi
, J.
Klein
, A.
Hötger
, L.
Sigl
, F.
Sigger
, E.
Mitterreiter
, S.
Rey
, S.
Gyger
, M.
Lorke
, M.
Florian
, F.
Jahnke
, T.
Taniguchi
, K.
Watanabe
, V.
Zwiller
, K. D.
Jöns
, U.
Wurstbauer
, C.
Kastl
, A.
Weber-Bargioni
, J. J.
Finley
, K.
Müller
, and A. W.
Holleitner
, Appl. Phys. Lett.
117
, 070501
(2020
).18.
T.
Vogl
, G.
Campbell
, B. C.
Buchler
, Y.
Lu
, and P. K.
Lam
, ACS Photonics
5
, 2305
(2018
).19.
Z.-Q.
Xu
, C.
Elbadawi
, T. T.
Tran
, M.
Kianinia
, X.
Li
, D.
Liu
, T. B.
Hoffman
, M.
Nguyen
, S.
Kim
, J. H.
Edgar
, X.
Wu
, L.
Song
, S.
Ali
, M.
Ford
, M.
Toth
, and I.
Aharonovich
, Nanoscale
10
, 7957
(2018
).20.
C.
Lyu
, Y.
Zhu
, P.
Gu
, J.
Qiao
, K.
Watanabe
, T.
Taniguchi
, and Y.
Ye
, Appl. Phys. Lett.
117
, 244002
(2020
).21.
A.
Asaithambi
, R.
Kozubek
, G. M.
Prinz
, F.
Reale
, E.
Pollmann
, M.
Ney
, C.
Mattevi
, M.
Schleberger
, and A.
Lorke
, Phys. Status Solidi RRL
15
, 2000466
(2021
).22.
K.
Parto
, S. I.
Azzam
, K.
Banerjee
, and G.
Moody
, Nat. Commun.
12
, 3585
(2021
).23.
A.
Branny
, S.
Kumar
, R.
Proux
, and B. D.
Gerardot
, Nat. Commun.
8
, 15053
(2017
).24.
L.
Yu
, M.
Deng
, J. L.
Zhang
, S.
Borghardt
, B.
Kardynal
, J.
Vučković
, and T. F.
Heinz
, Nano Lett.
21
, 2376
(2021
).25.
D.
Rhodes
, S. H.
Chae
, R.
Ribeiro-Palau
, and J.
Hone
, Nat. Mater.
18
, 541
(2019
).26.
S.
Tongay
, J.
Suh
, C.
Ataca
, W.
Fan
, A.
Luce
, J. S.
Kang
, J.
Liu
, C.
Ko
, R.
Raghunathanan
, J.
Zhou
, F.
Ogletree
, J.
Li
, J. C.
Grossman
, and J.
Wu
, Sci. Rep.
3
, 2657
(2013
).27.
J.
Hong
, Z.
Hu
, M.
Probert
, K.
Li
, D.
Lv
, X.
Yang
, L.
Gu
, N.
Mao
, Q.
Feng
, L.
Xie
, J.
Zhang
, D.
Wu
, Z.
Zhang
, C.
Jin
, W.
Ji
, X.
Zhang
, J.
Yuan
, and Z.
Zhang
, Nat. Commun.
6
, 6293
(2015
).28.
G.
Ye
, Y.
Gong
, J.
Lin
, B.
Li
, Y.
He
, S. T.
Pantelides
, W.
Zhou
, R.
Vajtai
, and P. M.
Ajayan
, Nano Lett.
16
, 1097
(2016
).29.
E.
Mitterreiter
, Y.
Liang
, M.
Golibrzuch
, D.
McLaughlin
, C.
Csoklich
, J. D.
Bartl
, A.
Holleitner
, U.
Wurstbauer
, and A. S.
Bandarenka
, npj 2D Mater. Appl.
3
, 25
(2019
).30.
Z.
Jin
, X.
Li
, J. T.
Mullen
, and K. W.
Kim
, Phys. Rev. B
90
, 045422
(2014
).31.
S.
Gupta
, J.-H.
Yang
, and B. I.
Yakobson
, Nano Lett.
19
, 408
(2019
).32.
S.
Li
, G.
Thiering
, P.
Udvarhelyi
, V.
Ivády
, and A.
Gali
, Nat. Commun.
13
, 1210
(2022
).33.
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
, ACS Photonics
8
, 669
(2021
).34.
J.
Klein
, A.
Kerelsky
, M.
Lorke
, M.
Florian
, F.
Sigger
, J.
Kiemle
, M. C.
Reuter
, T.
Taniguchi
, K.
Watanabe
, J. J.
Finley
, A. N.
Pasupathy
, A. W.
Holleitner
, F. M.
Ross
, and U.
Wurstbauer
, Appl. Phys. Lett.
115
, 261603
(2019
).35.
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
).36.
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
).37.
B.
Krummheuer
, V. M.
Axt
, and T.
Kuhn
, Phys. Rev. B
65
, 195313
(2002
).38.
I.
Wilson-Rae
and A.
Imamoğlu
, Phys. Rev. B
65
, 235311
(2002
).39.
C. B.
Duke
and G. D.
Mahan
, Phys. Rev.
139
, A1965
(1965
).40.
B.
Schuler
, D. Y.
Qiu
, S.
Refaely-Abramson
, C.
Kastl
, C. T.
Chen
, S.
Barja
, R. J.
Koch
, D. F.
Ogletree
, S.
Aloni
, A. M.
Schwartzberg
, J. B.
Neaton
, S. G.
Louie
, and A.
Weber-Bargioni
, Phys. Rev. Lett.
123
, 076801
(2019
).41.
G.
Plechinger
, P.
Nagler
, J.
Kraus
, N.
Paradiso
, C.
Strunk
, C.
Schüller
, and T.
Korn
, Phys. Status Solidi RRL
9
, 457
(2015
).42.
G.
Plechinger
, P.
Nagler
, A.
Arora
, R.
Schmidt
, A.
Chernikov
, A. G.
del Águila
, P. C. M.
Christianen
, R.
Bratschitsch
, C.
Schüller
, and T.
Korn
, Nat. Commun.
7
, 12715
(2016
).43.
I.
Paradisanos
, S.
Germanis
, N. T.
Pelekanos
, C.
Fotakis
, E.
Kymakis
, G.
Kioseoglou
, and E.
Stratakis
, Appl. Phys. Lett.
110
, 193102
(2017
).44.
A.
Steinhoff
, M.
Florian
, A.
Singh
, K.
Tran
, M.
Kolarczik
, S.
Helmrich
, A. W.
Achtstein
, U.
Woggon
, N.
Owschimikow
, F.
Jahnke
, and X.
Li
, Nat. Phys.
14
, 1199
(2018
).45.
M.
Ghorbani-Asl
, S.
Kretschmer
, D. E.
Spearot
, and A. V.
Krasheninnikov
, 2D Mater.
4
, 025078
(2017
).46.
E.
Mitterreiter
, B.
Schuler
, K. A.
Cochrane
, U.
Wurstbauer
, A.
Weber-Bargioni
, C.
Kastl
, and A. W.
Holleitner
, Nano Lett.
20
, 4437
(2020
).47.
E.
Mitterreiter
, B.
Schuler
, A.
Micevic
, D.
Hernangómez-Pérez
, K.
Barthelmi
, K. A.
Cochrane
, J.
Kiemle
, F.
Sigger
, J.
Klein
, E.
Wong
, E. S.
Barnard
, K.
Watanabe
, T.
Taniguchi
, M.
Lorke
, F.
Jahnke
, J. J.
Finley
, A. M.
Schwartzberg
, D. Y.
Qiu
, S.
Refaely-Abramson
, A. W.
Holleitner
, A.
Weber-Bargioni
, and C.
Kastl
, Nat. Commun.
12
, 3822
(2021
).© 2022 Author(s). Published under an exclusive license by AIP Publishing.
2022
Author(s)
You do not currently have access to this content.