論文の概要: Quantum Emitters in Aluminum Nitride Induced by Zirconium Ion Implantation

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2401.14631v1
• Date: Fri, 26 Jan 2024 03:50:33 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2024-01-29 16:03:32.516252
• Title: Quantum Emitters in Aluminum Nitride Induced by Zirconium Ion Implantation
• Title（参考訳）: ジルコニウムイオン注入による窒化アルミニウム中の量子放出体
• Authors: Alexander Senichev, Zachariah O. Martin, Yongqiang Wang, Owen M. Matthiessen, Alexei Lagutchev, Han Htoon, Alexandra Boltasseva, Vladimir M. Shalaev
• Abstract要約: 本研究は, 窒化アルミニウム(AlN)をオンチップフォトニクスに高度に適合する特性を有する材料として検討した。 ジルコニウム (Zr) およびクリプトン (Kr) 重イオン注入によるAlN中の単一光子発光体の生成と光物性の総合的研究を行った。 532nmの励起波長では、イオン注入によって誘起される単一光子エミッタは、ZrおよびKrイオンのAlN格子の空孔型欠陥と主に関連していることがわかった。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 70.64959705888512
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: The integration of solid-state single-photon sources with foundry-compatible photonic platforms is crucial for practical and scalable quantum photonic applications. This study investigates aluminum nitride (AlN) as a material with properties highly suitable for integrated on-chip photonics specifically due to AlN capacity to host defect-center related single-photon emitters. We conduct a comprehensive study of the creation and photophysical properties of single-photon emitters in AlN utilizing Zirconium (Zr) and Krypton (Kr) heavy ion implantation and thermal annealing techniques. Guided by theoretical predictions, we assess the potential of Zr ions to create optically addressable spin-defects and employ Kr ions as an alternative approach that targets lattice defects without inducing chemical doping effects. With the 532 nm excitation wavelength, we found that single-photon emitters induced by ion implantation are primarily associated with vacancy-type defects in the AlN lattice for both Zr and Kr ions. The emitter density increases with the ion fluence, and there is an optimal value for the high density of emitters with low AlN background fluorescence. Additionally, under shorter excitation wavelength of 405 nm, Zr-implanted AlN exhibits isolated point-like emitters, which can be related to Zr-based defect complexes. This study provides important insights into the formation and properties of single-photon emitters in aluminum nitride induced by heavy ion implantation, contributing to the advancement of the aluminum nitride platform for on-chip quantum photonic applications.
• Abstract（参考訳）: 固体単一光子源とファウントリー互換フォトニックプラットフォームの統合は、実用的でスケーラブルな量子フォトニクス応用に不可欠である。 本研究は, 欠陥中心関連単一光子エミッタをホストするAlN容量のため, オンチップフォトニクスの集積に適した特性を有する材料として窒化アルミニウム(AlN)について検討した。 ジルコニウム (Zr) およびクリプトン (Kr) 重イオン注入および熱アニール技術を用いたAlN中の単一光子放出体の生成と光物性の総合的研究を行った。 理論的予測により、zrイオンが光学的に対応可能なスピン欠陥を生成する可能性を評価し、化学ドーピング効果を誘発することなく格子欠陥を標的とする代替アプローチとしてkrイオンを用いる。 532nmの励起波長でイオン注入により誘導される単一光子放出体はzrイオンとkrイオンの両方のaln格子の空孔型欠陥に主に関係していることがわかった。 イオンフルエンスによりエミッタ密度は増加し、AlNバックグラウンド蛍光の低いエミッタの高密度には最適な値が存在する。 さらに、405nmの短い励起波長の下では、Zrにより実装されたAlNは、Zrベースの欠陥錯体と関連する孤立した点状エミッタを示す。 本研究は、重イオン注入による窒化アルミニウム中の単一光子エミッタの形成と性質に関する重要な知見を提供し、オンチップ量子フォトニクス応用のための窒化アルミニウムプラットフォームの発展に寄与する。

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