論文の概要: Hopping of the center-of-mass of single G centers in silicon-on-insulator
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2404.15069v1
- Date: Tue, 23 Apr 2024 14:17:12 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-04-24 13:42:03.354171
- Title: Hopping of the center-of-mass of single G centers in silicon-on-insulator
- Title（参考訳）: シリコンオン絶縁体における単一G中心中心のホッピング
- Authors: Alrik Durand, Yoann Baron, Péter Udvarhelyi, Félix Cache, Krithika V. R., Tobias Herzig, Mario Khoury, Sébastien Pezzagna, Jan Meijer, Jean-Michel Hartmann, Shay Reboh, Marco Abbarchi, Isabelle Robert-Philip, Adam Gali, Jean-Michel Gérard, Vincent Jacques, Guillaume Cassabois, Anaïs Dréau,
- Abstract要約: G中心は、標準的なボルン=オッペンハイマー近似が崩壊するユニークな欠陥である。
この原子再構成がG中心の発光特性に与える影響は、いまだに不明である。
シリコン中の単一G欠陥は、最大$sim1$ meVの多重極性発光とゼロフォノン線微細構造を示す。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Among the wealth of single fluorescent defects recently detected in silicon, the G center catches interest for its telecom single-photon emission that could be coupled to a metastable electron spin triplet. The G center is a unique defect where the standard Born-Oppenheimer approximation breaks down as one of its atoms can move between 6 lattice sites under optical excitation. The impact of this atomic reconfiguration on the photoluminescence properties of G centers is still largely unknown, especially in silicon-on-insulator (SOI) samples. Here, we investigate the displacement of the center-of-mass of the G center in silicon. We show that single G defects in SOI exhibit a multipolar emission and zero-phonon line fine structures with splittings up to $\sim1$ meV, both indicating a motion of the defect central atom over time. Combining polarization and spectral analysis at the single-photon level, we evidence that the reconfiguration dynamics are drastically different from the one of the unperturbed G center in bulk silicon. The SOI structure freezes the delocalization of the G defect center-of-mass and as a result, enables to isolate linearly polarized optical lines. Under above-bandgap optical excitation, the central atom of G centers in SOI behaves as if it were in a 6-slot roulette wheel, randomly alternating between localized crystal sites at each optical cycle. Comparative measurements in a bulk silicon sample and ab initio calculations highlight that strain is likely the dominant perturbation impacting the G center geometry. These results shed light on the importance of the atomic reconfiguration dynamics to understand and control the photoluminescence properties of the G center in silicon. More generally, these findings emphasize the impact of strain fluctuations inherent to SOI wafers for future quantum integrated photonics applications based on color centers in silicon.
- Abstract（参考訳）: シリコンで最近検出された蛍光欠陥の多さの中で、G中心は準安定電子スピン三重項と結合可能なテレコムの単一光子放出に興味を抱いている。
G中心は、標準のボルン=オッペンハイマー近似が崩壊するユニークな欠陥であり、原子の1つが光学励起の下で6つの格子間を移動できる。
この原子再構成がG中心の発光特性に与える影響は、特にSi-on-insulator (SOI) 試料ではまだ分かっていない。
本稿では,シリコン中のG中心の質量中心の変位について検討する。
我々は、SOIの単一G欠陥が多重極性発光とゼロフォノン線微細構造を示し、最大$\sim1$ meVで、どちらも欠陥中心原子の時間的移動を示すことを示した。
単一光子レベルでの偏光とスペクトル分析を組み合わせることで、再構成ダイナミクスがバルクシリコンの未飽和G中心と大きく異なることを示す。
SOI構造はG欠陥中心の非局在化を凍結し、結果として線形偏光線を分離することができる。
上記のバンドギャップ光励起の下では、SOIのG中心の中心原子は6スロットのルーレットホイールであるかのように振る舞う。
バルクシリコン試料とアブイニト計算の比較では、ひずみがG中心の幾何学に影響を及ぼす主な摂動である可能性が示されている。
これらの結果は、シリコン中のG中心の発光特性を理解し制御するための原子再構成ダイナミクスの重要性に光を当てた。
より一般的に、これらの発見は、シリコンの色中心に基づく将来の量子集積フォトニクス応用のためのSOIウェハ固有のひずみ変動の影響を強調している。
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