論文の概要: Generation of Coherent Quantum Light from a Single Impurity-Bound Exciton

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2412.01677v2
• Date: Fri, 14 Mar 2025 21:29:34 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-03-18 12:28:52.406922
• Title: Generation of Coherent Quantum Light from a Single Impurity-Bound Exciton
• Title（参考訳）: 単一不純物境界エキシトンからのコヒーレント量子光の生成
• Authors: Yuxi Jiang, Christine Falter, Robert M. Pettit, Nils von den Driesch, Yurii Kutovyi, Amirehsan Alizadeh Herfati, Alexander Pawlis, Edo Waks,
• Abstract要約: II-VI直接バンドギャップ半導体における不純物結合励起子は、光学活性な固体スピン量子ビットを約束する。 共振駆動された単一不純物結合エキシトンからの量子光のコヒーレント光放射をSeSeで実証する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 35.059101747092974
• License:
• Abstract: Impurity-bound excitons in II-VI direct-bandgap semiconductors are promising optically active solid-state spin qubits that combine exceptional optical quantum efficiency with an ultra-low spin noise environment. Previous studies on single impurities relied on incoherent optical excitation to generate photons. However, many quantum applications require resonant driving of quantum emitters to precisely control optical transitions and maintain coherence of the emission. Here, we demonstrate coherent optical emission of quantum light from a resonantly driven single impurity-bound exciton in ZnSe. The resonantly driven emitter exhibits bright quantum light emission that preserves the phase of the resonant drive, validated through polarization interferometry. Resonant excitation enables us to directly measure the Debye-Waller factor, determined to be 0.94, which indicates high efficiency emission to the zero-phonon line. Time-resolved resonance fluorescence measurements reveal a fast optically-driven ionization process that we attribute to Auger recombination, along with a slower spontaneous ionization process having a lifetime of 21 {\mu}s due to charge tunneling from the impurity. We show that incoherent, low-power laser pumping efficiently stabilizes the charge of the impurity-bound exciton on the timescale of 9.3 ns, recovering the resonance fluorescence emission from the bound exciton. These results pave the way for coherent optical and spin control of the single impurity states through resonant excitation of impurity-bound excitons in II-VI semiconductors.
• Abstract（参考訳）: II-VI直接バンドギャップ半導体における不純物結合励起子は、例外的な光学量子効率と超低スピンノイズ環境を組み合わせた光学活性な固体スピン量子ビットを約束している。 単一不純物に関する以前の研究は、光子を生成するために非コヒーレントな光励起に依存していた。 しかし、多くの量子アプリケーションは、光遷移を正確に制御し、放出のコヒーレンスを維持するために、量子エミッタの共鳴駆動を必要とする。 ここでは、ZnSeにおける共鳴駆動単一不純物結合励起子からの量子光のコヒーレント光放射を実証する。 共振駆動エミッタは、偏光干渉計によって検証された共振駆動の位相を保存する明るい量子発光を示す。 共鳴励起により、ゼロフォノン線への高効率の放出を示す0.94と決定されたデバイ・ワラー因子を直接測定することができる。 時間分解共鳴蛍光測定により、オーガー再結合による高速な光駆動イオン化過程と、不純物からの電荷トンネルによる21 {\mu}の寿命の遅い自然イオン化過程が明らかとなった。 非コヒーレントで低出力のレーザーポンピングは9.3 nsの時間スケールで不純物結合エキシトンの電荷を効率よく安定化させ、エキシトンからの共鳴蛍光放出を回復させることを示した。 これらの結果は、II-VI半導体における不純物結合励起子の共鳴励起による単一不純物状態のコヒーレント光およびスピン制御の道を開く。

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