論文の概要: Superradiance Enhanced Light-Matter Interaction in Spatially Ordered Shape and Volume Controlled Single Quantum Dots: Enabling On-Chip Photonic Networks
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2505.06792v2
- Date: Thu, 10 Jul 2025 19:09:21 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-07-14 14:01:05.590896
- Title: Superradiance Enhanced Light-Matter Interaction in Spatially Ordered Shape and Volume Controlled Single Quantum Dots: Enabling On-Chip Photonic Networks
- Title（参考訳）: 空間秩序形状と体積制御単一量子ドットにおける超高輝度光物質相互作用:オンチップフォトニックネットワークの実現
- Authors: Lucas Jordao, Qi Huang, Swarnabha Chattaraj, Siyuan Lu, Jiefei Zhang, Anupam Madhukar,
- Abstract要約: オンチップフォトニックネットワークは、空間的に順序付けられた物質-光子相互変換量子ビット源を必要とする。
メザトップ単一量子ドット(MTSQD)は、最近これらの要件を満たすために実証されている。
我々は、MTSQDのこのユニークな特徴を利用して、単一の光子超放射光を示す量子ドットの配列を再現的に生成した。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 2.368393320613973
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: On-chip photonic networks require adequately spatially ordered matter-photon interconversion qubit sources with emission figures-of-merit exceeding the requirements that would enable the desired functional response of the network. The mesa-top single quantum dots (MTSQDs) have recently been demonstrated to meet these requirements. The substrate-encoded size-reducing epitaxy (SESRE) approach underpinning the realization of these unique quantum emitters allows control on the shape, size, and strain (lattice-matched or mismatched) of these epitaxial single quantum dots. We have exploited this unique feature of the MTSQDs to reproducibly create arrays of quantum dots that exhibit single photon superradiance, a characteristic of the SESRE-enabled delicate balance between the confinement pontential volume, depth, the resulting exciton binding energy, and the degree of confinement of the center of mass (CM) motion of the exciton. Scanning transmission electron microscope (STEM) studies reveal the structural (atomic scale) and chemical (nm scale) nature of the material region defining the notion of the shape and volume (here large) of the electron confinement region (i.e. the QD). In the exciton's weake CM confinement regime, owing to its coherent sampling of the large volume, enhancement of the MTSQD oscillator strength to ~30 is demonstrated. Theoretical modelling with input from the STEM finding provide corroboration for single photon superradiance causing enhancement of the oscillator strength by ~2.5 to 3. Our findings allow fabricating and studying interconnected networks enabled by the unique matter qubit-light qubit interconversion units that can be realized for lattice matched and mismatched material combinations covering UV to midinfrared wavelength range.
- Abstract（参考訳）: オンチップフォトニックネットワークは、ネットワークの所望の機能的応答を可能にする要求を超えるエミッションフィギュアを持つ、適切に空間的に秩序づけられた物質-光子変換量子ビット源を必要とする。
メザトップ単一量子ドット(MTSQD)は、最近これらの要件を満たすために実証されている。
基板エンコードされたサイズ還元エピタキシー(SESRE)アプローチは、これらの単一の量子ドットの形状、サイズ、ひずみ(格子マッチングまたはミスマッチ)の制御を可能にする。
我々は、MTSQDのこのユニークな特徴を利用して、単一の光子超放射能を示す量子ドットの配列を再現的に作成し、SESREが許容する閉じ込め主体積、深さ、結果として生じるエキシトン結合エネルギーと、エキシトンの質量(CM)運動の中心の閉じ込め度との間の微妙なバランスを特徴付ける。
走査透過電子顕微鏡(STEM)研究は、電子閉じ込め領域(すなわちQD)の形状と体積の概念を定義する材料領域の構造(原子スケール)と化学(nmスケール)の性質を明らかにする。
大体積のコヒーレントサンプリングにより、エキシトンの湿式CM閉じ込め方式では、MTSQD発振器強度が30に向上することが示されている。
STEMからの入力による理論的モデリングは、振動子強度を2.5から3に向上させる単一光子超放射能の相関を与える。
本研究により,UV-中赤外波長域をカバーする格子マッチングおよびミスマッチ材料の組み合わせに対して実現可能な,一意の物質量子ビット間変換ユニットによって実現された相互接続網の製作および研究が可能となった。
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