Multi-exciton emission from solitary dopant states of carbon nanotubes
Source abstract
Abstract
By separating the photons from slow and fast decays of single and multi-exciton states in a time gated 2nd order photon correlation experiment, we show that solitary oxygen dopant states of single-walled carbon nanotubes (SWCNTs) allow emission of photon pairs with efficiencies as high as 44% of single exciton emission. Our pump dependent time resolved photoluminescence (PL) studies further reveal diffusion-limited exciton-exciton annihilation as the key process that limits the emission of multi-excitons at high pump fluences. We further postulate that creation of additional permanent exciton quenching sites occurring under intense laser irradiation leads to permanent PL quenching. With this work, we bring out multi-excitonic processes of solitary dopant states as a new area to be explored for potential applications in lasing and entangled photon generation.
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Research context
OpenAlex topics: Mechanical and Optical Resonators · Carbon Nanotubes in Composites · Quantum and electron transport phenomena
SciVX discovery tags are terminology-based. OpenAlex topics are source-provided classifications.
Affiliations
Center for Integrated Nanotechnologies
Materials Physics and Applications Division
Los Alamos National Laboratory
USA
Theoretical Division
References (49)
Show source-provided references
1. Ghosh · Science · 2010 · 330 · 165610.1126/science.1196382 ↗
2. Matsunaga · Phys. Rev. Lett. · 2011 · 106 · 03740410.1103/PhysRevLett.106.037404 ↗
3. Shiraki · Sci. Rep. · 2016 · 6 · 2839310.1038/srep28393 ↗
4. Kwon · J. Am. Chem. Soc. · 2016 · 138 · 687810.1021/jacs.6b03618 ↗
5. Ma · ACS Nano · 2014 · 8 · 1078210.1021/nn504553y ↗
6. Piao · Nat. Chem. · 2013 · 5 · 84010.1038/nchem.1711 ↗
7. Miyauchi · Nat. Photonics · 2013 · 7 · 71510.1038/nphoton.2013.179 ↗
8. Iwamura · ACS Nano · 2014 · 8 · 1125410.1021/nn503803b ↗
9. Ma · Nat. Nanotechnol. · 2015 · 10 · 67110.1038/nnano.2015.136 ↗
10. He · Nat. Photonics · 2017 · 11 · 57710.1038/nphoton.2017.119 ↗
11. Ma · Adv. Funct. Mater. · 2015 · 25 · 615710.1002/adfm.201502580 ↗
12. Gaufres · ACS Nano · 2012 · 6 · 381310.1021/nn204924n ↗
13. Imamura · Appl. Phys. Lett. · 2013 · 102 · 16110210.1063/1.4802930 ↗
14. Khasminskaya · Adv. Mater. · 2014 · 26 · 346510.1002/adma.201305634 ↗
15. Miura · Nat. Commun. · 2014 · 5 · 558010.1038/ncomms6580 ↗
16. Mueller · Nat. Nanotechnol. · 2010 · 5 · 2710.1038/nnano.2009.319 ↗
17. Khasminskaya · Nat. Photonics · 2016 · 10 · 72710.1038/nphoton.2016.178 ↗
18. Hartmann · Nanoscale · 2015 · 7 · 2052110.1039/C5NR06343D ↗
19. Caruge · Phys. Rev. B: Condens. Matter · 2004 · 70 · 08531610.1103/PhysRevB.70.085316 ↗
20. Dekel · Phys. Rev. Lett. · 1998 · 80 · 499110.1103/PhysRevLett.80.4991 ↗
21. Hoegele · Phys. Rev. Lett. · 2008 · 100 · 21740110.1103/PhysRevLett.100.217401 ↗
22. Hofmann · Nat. Nanotechnol. · 2013 · 8 · 50210.1038/nnano.2013.119 ↗
23. Michler · Nature · 2000 · 406 · 96810.1038/35023100 ↗
24. Michler · Science · 2000 · 290 · 228210.1126/science.290.5500.2282 ↗
25. Walden-Newman · Nano Lett. · 2012 · 12 · 193410.1021/nl204402v ↗
26. Dousse · Nature · 2010 · 466 · 21710.1038/nature09148 ↗
27. Gazzano · Nat. Commun. · 2013 · 4 · 142510.1038/ncomms2434 ↗
28. Mangum · Opt. Express · 2013 · 21 · 471310.1364/OE.21.007419 ↗
29. Harrah · ACS Nano · 2011 · 5 · 989810.1021/nn203604v ↗
30. Huang · Phys. Rev. Lett. · 2006 · 96 · 05740710.1103/PhysRevLett.96.057407 ↗
31. Ma · Phys. Rev. Lett. · 2005 · 94 · 15740210.1103/PhysRevLett.94.157402 ↗
32. Murakami · Phys. Rev. Lett. · 2009 · 102 · 03740110.1103/PhysRevLett.102.037401 ↗
33. Valkunas · Phys. Rev. B: Condens. Matter · 2006 · 73 · 11543210.1103/PhysRevB.73.115432 ↗
34. Xiao · Phys. Rev. Lett. · 2010 · 104 · 01740110.1103/PhysRevLett.104.017401 ↗
35. Yuma · Phys. Rev. B: Condens. Matter · 2013 · 87 · 20541210.1103/PhysRevB.87.205412 ↗
36. Hagen · Phys. Rev. Lett. · 2005 · 95 · 19740110.1103/PhysRevLett.95.197401 ↗
37. Fagan · Adv. Mater. · 2014 · 26 · 280010.1002/adma.201304873 ↗
38. Khripin · J. Am. Chem. Soc. · 2013 · 135 · 682210.1021/ja402762e ↗
39. Subbaiyan · ACS Nano · 2014 · 8 · 161910.1021/nn405934y ↗
40. Torrens · Phys. Rev. Lett. · 2008 · 101 · 15740110.1103/PhysRevLett.101.157401 ↗
41. Wang · Small · 2015 · 11 · 502810.1002/smll.201500823 ↗
42. Nair · Nano Lett. · 2011 · 11 · 113610.1021/nl104054t ↗
43. Park · Phys. Rev. Lett. · 2011 · 106 · 18740110.1103/PhysRevLett.106.187401 ↗
44. Hertel · ACS Nano · 2010 · 4 · 716110.1021/nn101612b ↗
45. Hartmann · ACS Nano · 2016 · 10 · 835510.1021/acsnano.6b02986 ↗
46. Crochet · Nano Lett. · 2012 · 12 · 509110.1021/nl301739d ↗
47. Ma · Phys. Rev. Lett. · 2015 · 115 · 01740110.1103/PhysRevLett.115.017401 ↗
48. Wang · Phys. Rev. B: Condens. Matter · 2006 · 73 · 24542410.1103/PhysRevB.73.245424 ↗
49. Kim · J. Phys. Chem. C · 2016 · 120 · 1126810.1021/acs.jpcc.6b02538 ↗