論文の概要: Site-Controlled Purcell-Induced Bright Single Photon Emitters in Hexagonal Boron Nitride
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2405.02516v1
- Date: Fri, 3 May 2024 23:02:30 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-05-07 19:40:24.012662
- Title: Site-Controlled Purcell-Induced Bright Single Photon Emitters in Hexagonal Boron Nitride
- Title（参考訳）: 六方晶窒化ホウ素中における部位制御パーセル誘起光子単光子エミッタ
- Authors: Mashnoon Alam Sakib, Brandon Triplett, William Harris, Naveed Hussain, Alexander Senichev, Melika Momenzadeh, Joshua Bocanegra, Ruqian Wu, Alexandra Boltasseva, Vladimir M. Shalaev, Maxim R. Shcherbakov,
- Abstract要約: 六方晶窒化ホウ素(hBN)でホストされる単一光子エミッタは、室温で動作する量子フォトニクス技術にとって必須の構成要素である。
我々はPurcellにより誘導されるサイト制御SPEのためのプラズモンナノ共振器の大規模アレイを実験的に実証した。
我々の結果は、明るく、均一に統合された量子光源の配列を提供し、堅牢でスケーラブルな量子情報システムへの道を開いた。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 62.170141783047974
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Single photon emitters (SPEs) hosted in hexagonal boron nitride (hBN) are essential elementary building blocks for enabling future on-chip quantum photonic technologies that operate at room temperature. However, fundamental challenges, such as managing non-radiative decay, competing incoherent processes, as well as engineering difficulties in achieving deterministic placement and scaling of the emitters, limit their full potential. In this work, we experimentally demonstrate large-area arrays of plasmonic nanoresonators for Purcell-induced site-controlled SPEs by engineering emitter-cavity coupling and enhancing radiative emission at room temperature. The plasmonic nanoresonator architecture consists of gold-coated silicon pillars capped with an alumina spacer layer, enabling a 10-fold local field enhancement in the emission band of native hBN defects. Confocal photoluminescence and second-order autocorrelation measurements show bright SPEs with sub-30 meV bandwidth and a saturated emission rate of more than 3.8 million counts per second. We measure a Purcell factor of 4.9, enabling average SPE lifetimes of 480 ps, a five-fold reduction as compared to emission from gold-free devices, along with an overall SPE yield of 21%. Density functional theory calculations further reveal the beneficial role of an alumina spacer between defected hBN and gold, as an insulating layer can mitigate the electronic broadening of emission from defects proximal to gold. Our results offer arrays of bright, heterogeneously integrated quantum light sources, paving the way for robust and scalable quantum information systems.
- Abstract（参考訳）: 六方晶窒化ホウ素(hBN)でホストされる単一光子エミッタ(SPE)は、室温で動作する将来のオンチップ量子フォトニクス技術を実現するための必須の基本構造である。
しかしながら、非放射的崩壊の管理、競合する非コヒーレントなプロセス、および決定論的配置とエミッターのスケーリングを達成するためのエンジニアリング上の困難といった基本的な課題は、その潜在能力を制限している。
本研究では,Purcellにより誘導されるサイト制御SPEに対して,エンジニアリングエミッタ共振器とキャビティカップリングによるプラズマナノ共振器の大規模アレイを実験的に実証し,室温での放射能の増強を図った。
プラズモンナノ共振器アーキテクチャは、アルミナスペーサ層を担持した金被覆シリコン柱で構成され、ネイティブhBN欠陥の放出帯における10倍の局所場増強を可能にする。
共焦点フォトルミネッセンスと2次自己相関測定は、30メガワット以下の帯域と380万秒間以上の飽和放出率を持つ明るいSPEを示している。
パーセル係数は4.9であり, 平均SPE寿命は480ppsであり, ゴールドフリーデバイスからの排出に比べて5倍の減少率を示し, 総SPE収率21%である。
密度汎関数理論の計算により、欠陥hBNと金の間のアルミナスペーサの有益な役割が明らかにされる。
我々の結果は、明るく、均一に統合された量子光源の配列を提供し、堅牢でスケーラブルな量子情報システムへの道を開いた。
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