論文の概要: Decoherence by Optical Phonons in GaN Defect Single-Photon Emitters

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2206.12636v2
• Date: Mon, 30 Jan 2023 01:01:10 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-02-08 02:05:48.107676
• Title: Decoherence by Optical Phonons in GaN Defect Single-Photon Emitters
• Title（参考訳）: GaN欠陥単光子エミッタにおける光フォノンのデコヒーレンス
• Authors: Yifei Geng, Jialun Luo, Len van Deurzen, Huili (Grace) Xing, Debdeep Jena, Gregory David Fuchs, Farhan Rana
• Abstract要約: 固体浸漬レンズと一体化したGaN SPEのZPLスペクトルの温度依存性について検討した。 弾性ラマン過程における光フォノンの吸収・放出によるデコヒーレンスにより線状および線幅の温度依存性が決定されるモデルを提案する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.023090185577016444
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: In most single-photon defect emitters, such as those in SiC and diamond, interaction with low-energy acoustic phonons determines the temperature dependence of the decoherence rate and the resulting broadening of the ZPL with the temperature obeys a power law. GaN hosts bright and stable single-photon emitters in the 600 nm to 700 nm wavelength range with strong ZPLs even at room temperature. In this work, we study the temperature dependence of the ZPL spectra of GaN SPEs integrated with solid immersion lenses with the goal of understanding the relevant decoherence mechanisms. At temperatures below ~50 K, the ZPL lineshape is found to be Gaussian and the ZPL linewidth is temperature independent and dominated by spectral diffusion. Above ~50 K, the linewidth increases monotonically with the temperature and the lineshape evolves into a Lorentzian. Quite remarkably, the temperature dependence of the linewidth does not follow a power law. We propose a model in which decoherence caused by absorption/emission of optical phonons in an elastic Raman process determines the temperature dependence of the lineshape and the linewidth. Our model explains the temperature dependence of the ZPL linewidth and lineshape in the entire 10 K to 270 K temperature range explored in this work. The ~19 meV optical phonon energy extracted by fitting the model to the data matches remarkably well the ~18 meV zone center energy of the lowest optical phonon band (E2(low)) in GaN. Our work sheds light on the mechanisms responsible for linewidth broadening in GaN SPEs. Since a low energy optical phonon band (E2(low)) is a feature of most group III-V nitrides with a wurtzite crystal structure, including hBN and AlN, we expect our proposed mechanism to play an important role in defect emitters in these materials as well.
• Abstract（参考訳）: sicやダイヤモンドのような多くの単一光子欠陥エミッタにおいて、低エネルギー音響フォノンとの相互作用はデコヒーレンス率の温度依存性を判定し、zplと温度の拡幅は電力法則に従う。 GaNは600nmから700nmの波長範囲で、室温でも強いZPLを持つ明るく安定した単一光子エミッタをホストする。 本研究では,GaN SPEのZPLスペクトルと固体浸漬レンズの温度依存性を,関連する脱コヒーレンス機構の解明を目的として検討した。 50K以下の温度では、ZPLライン形状はガウスであり、ZPLライン幅は温度に依存しずスペクトル拡散に支配される。 50K以上の線幅は温度とともに単調に増加し、線状体はローレンツ系へと進化する。 非常に顕著なことに、線幅の温度依存性は電力法則に従わない。 弾性ラマン過程における光フォノンの吸収・放出による非一貫性が線状および線幅の温度依存性を決定するモデルを提案する。 本研究で調べた10Kから270Kの範囲におけるZPL線幅と線形状の温度依存性をモデル化した。 データにモデルを取り付けて抽出した19 meVの光フォノンエネルギーは、GaNの最も低い光フォノンバンド(E2(low))の18 meVゾーン中心エネルギーと非常によく一致している。 我々の研究は、GaN SPEの線幅拡大の原因となるメカニズムに光を当てている。 低エネルギー光フォノンバンド(E2(low))は、hBNやAlNを含むウルツ石結晶構造を持つほとんどのIII-V窒化物群の特徴であるので、これらの材料における欠陥エミッタにおいても重要な役割を果たすと考えられる。

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