論文の概要: First-Principles Screening of Metal-Organic Frameworks for Entangled
Photon Pair Generation
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2309.04781v2
- Date: Fri, 12 Jan 2024 02:35:24 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-01-16 00:04:20.961972
- Title: First-Principles Screening of Metal-Organic Frameworks for Entangled
Photon Pair Generation
- Title（参考訳）: 光子対生成のための金属-有機系の第一原理スクリーニング
- Authors: Sanoj Raj, Sim\'on Paiva, Rub\'en Fritz, Felipe Herrera and Yamil J.
Col\'on
- Abstract要約: 金属-有機フレームワーク(MOF)材料を用いた非線形光学デバイスは、自発的ダウンコンバージョン(SPDC)を介して、絡み合った光を効率よく生成することができる
光子対の明るさとコヒーレンス特性とMOFの構造と化学組成の相関関係を確立するために, 合成MOF114,373のデータベースをスクリーニングした。
我々の研究は、光学量子技術のためのMOFベースのデバイスの計算設計の道を開くものである。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
- Abstract: The transmission of strong laser light in nonlinear optical materials can
generate output photons sources that carry quantum entanglement in multiple
degrees of freedom, making this process a fundamentally important tool in
optical quantum technology. However, the availability of efficient optical
crystals for entangled light generation is severely limited in terms of
diversity, thus reducing the prospects for the implementation of
next-generation protocols in quantum sensing, communication and computing. To
overcome this, we developed and implemented a multi-scale first-principles
modeling technique for the computational discovery of novel nonlinear optical
devices based on metal-organic framework (MOF) materials that can efficiently
generate entangled light via spontaneous parametric down-conversion(SPDC).
Using collinear degenerate type-I SPDC as a case study, we computationally
screen a database of 114,373 synthesized MOF materials to establish
correlations between the structure and chemical composition of MOFs with the
brightness and coherence properties of entangled photon pairs. We identify a
subset of 49 non-centrosymmetric mono-ligand MOF crystals with high chemical
and optical stability that produce entangled photon pairs with intrinsic
$G^{(2)}$ correlation times $\tau_c\sim 10-30$ fs and pair generation rates in
the range $10^4-10^{8}$ s$^{-1}$mW$^{-1}$mm$^{-1}$ at 1064 nm. Conditions for
optimal type-I phase matching are given for each MOF and relationships between
pair brightness, crystal band gap and optical birefringence are discussed.
Correlations between the optical properties of crystals and their constituent
molecular ligands are also given. Our work paves the way for the computational
design of MOF-based devices for optical quantum technology.
- Abstract（参考訳）: 非線形光学材料における強いレーザー光の透過は、様々な自由度で量子絡み合う出力光子源を生成することができ、このプロセスは光量子技術において根本的に重要なツールとなる。
しかし, 量子センシング, 通信, 計算における次世代プロトコルの実装の見通しを低下させるため, 絡み合った光発生のための効率的な光学結晶の利用可能性は, 多様性の面で著しく制限されている。
そこで本研究では, 自発的パラメトリック・ダウンコンバージョン(spdc)により効率的に絡み合う光を発生できる金属-有機フレームワーク(mof)材料に基づく新しい非線形光学素子の計算的発見のための, マルチスケール第一原理モデリング手法を開発し, 実装した。
共線形縮退型i型spdをケーススタディとして114,373個のmof材料を合成し,光子対の輝度・コヒーレンス特性とmofの構造と化学組成の相関関係を確立する。
結合時間$\tau_c\sim 10-30$ fs とペア生成率$10^4-10^{8}$ s$^{-1}$mw$^{-1}$mm$^{-1}$mm$^{-1}$ 1064 nm のエンタングル光子対を生成する化学および光学安定性の高い49の非中心対称モノリガンドmof結晶のサブセットを同定した。
それぞれのMOFに対して最適なI型位相整合条件が与えられ、ペア輝度、結晶バンドギャップ、光複屈折の関係が議論される。
結晶の光学的性質とそれらの構成分子リガンドとの相関も与えられる。
我々の研究は、光学量子技術のためのMOFベースのデバイスの計算設計の道を開くものである。
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