論文の概要: Quasi-deterministic Localization of Er Emitters in Thin Film TiO$_2$ through Submicron-scale Crystalline Phase Control

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2308.14999v1
• Date: Tue, 29 Aug 2023 03:24:58 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2023-08-30 16:00:32.332418
• Title: Quasi-deterministic Localization of Er Emitters in Thin Film TiO$_2$ through Submicron-scale Crystalline Phase Control
• Title（参考訳）: サブミクロンスケール結晶相制御による薄膜tio$_2$におけるerエミッタの準決定論的局在
• Authors: Sean E. Sullivan, Jonghoon Ahn, Tao Zhou, Preetha Saha, Martin V. Holt, Supratik Guha, F. J. Heremans, Manish Kumar Singh
• Abstract要約: 希土類イオン(REIs)は、コヒーレンス特性の良い光および電子スピン遷移を提供する。 三価エルビウム(Er$3+$)は、テレコムCバンドの光学遷移を持つ。 TiO$$Si薄膜におけるEr$3+$エミッタの光共鳴を局所的に調整する方法を示す。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 5.011073409107404
• License: http://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/
• Abstract: With their shielded 4f orbitals, rare-earth ions (REIs) offer optical and electron spin transitions with good coherence properties even when embedded in a host crystal matrix, highlighting their utility as promising quantum emitters and memories for quantum information processing. Among REIs, trivalent erbium (Er$^{3+}$) uniquely has an optical transition in the telecom C-band, ideal for transmission over optical fibers, and making it well-suited for applications in quantum communication. The deployment of Er$^{3+}$ emitters into a thin film TiO$_2$ platform has been a promising step towards scalable integration; however, like many solid-state systems, the deterministic spatial placement of quantum emitters remains an open challenge. We investigate laser annealing as a means to locally tune the optical resonance of Er$^{3+}$ emitters in TiO$_2$ thin films on Si. Using both nanoscale X-ray diffraction measurements and cryogenic photoluminescence spectroscopy, we show that tightly focused below-gap laser annealing can induce anatase to rutile phase transitions in a nearly diffraction-limited area of the films and improve local crystallinity through grain growth. As a percentage of the Er:TiO$_2$ is converted to rutile, the Er$^{3+}$ optical transition blueshifts by 13 nm. We explore the effects of changing laser annealing time and show that the amount of optically active Er:rutile increases linearly with laser power. We additionally demonstrate local phase conversion on microfabricated Si structures, which holds significance for quantum photonics.
• Abstract（参考訳）: 遮蔽された4f軌道により、希土類イオン(reis)は、ホスト結晶マトリックスに埋め込まれた場合でも優れたコヒーレンス特性を持つ光学および電子スピン遷移を提供し、有望な量子エミッタと量子情報処理のための記憶としての有用性を強調する。 REIsの中で、三価エルビウム(Er$^{3+}$)は、テレコムCバンドの光遷移を持ち、光ファイバーの伝送に理想的であり、量子通信への応用に適している。 Er$^{3+}$エミッタの薄膜TiO$_2$プラットフォームへの展開はスケーラブルな統合に向けた有望なステップであるが、多くの固体系と同様に、量子エミッタの決定論的空間配置はオープンな課題である。 si上のtio$_2$薄膜中のer$^{3+}$エミッタの光共鳴を局所的に調整する手段としてレーザーアニーリングを検討した。 ナノスケールx線回折測定と極低温光ルミネッセンス分光法の両方を用いて, グラニュラー成長による局所結晶性の向上により, 希薄な相転移にアナターゼを誘導できることを示した。 er:tio$_2$のパーセンテージはルチルに変換され、er$^{3+}$の光遷移ブルーシフトは13nmに変化する。 レーザーアニーリング時間の変化の効果を考察し、光学活性er:rutileの量はレーザーパワーと線形に増加することを示した。 さらに, 量子フォトニクスにおいて重要となる微細加工si構造の局所相変換を実証する。

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