論文の概要: Room-Temperature High-Purity Single Photon Emission from Carbon-Doped Boron Nitride Thin Films

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2505.09556v1
• Date: Wed, 14 May 2025 16:53:57 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-05-15 21:44:09.536215
• Title: Room-Temperature High-Purity Single Photon Emission from Carbon-Doped Boron Nitride Thin Films
• Title（参考訳）: 炭素ドープ窒化ホウ素薄膜からの室温高純度単一光子放出
• Authors: Arka Chatterjee, Abhijit Biswas, Addis S. Fuhr, Tanguy Terlier, Bobby G. Sumpter, Pulickel M. Ajayan, Igor Aharonovich, Shengxi Huang,
• Abstract要約: 六方晶窒化ホウ素(hBN)は室温単光子を発生させる優れた宿主材料である。 ここでは, 炭素ドープ, センチメートルスケールのhBN薄膜を直接成長させることにより, hBN中の高純度かつ安定な単一光子エミッタ(SPEs)を実証する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
• Abstract: Hexagonal boron nitride (hBN) has emerged as an excellent host material for generating room temperature single photons exhibiting high brightness and spin-photon entanglement. However, challenges in improving purity, stability, and scalability limit its use in quantum technologies. Here, we demonstrate highly pure and stable single photon emitters (SPEs) in hBN by directly growing carbon-doped, centimeter-scale hBN thin films using the pulsed laser deposition (PLD) method. These SPEs exhibit room temperature operation with polarized emission, achieving a g(2)(0) value of 0.015, which is among the lowest reported for room temperature SPEs and the lowest achieved for hBN SPEs. It also exhibits high brightness ( around 0.5 million counts per second), remarkable stability during continuous operation (> 15 minutes), and a Debye-Waller factor of 45%. First-principles calculations reveal unique carbon defects responsible for these properties, enabled by PLD's low-temperature synthesis and in-situ doping. Our results demonstrate an effective method for large-scale production of high-purity, stable SPEs in hBN, enabling robust quantum optical sources for various applications.
• Abstract（参考訳）: 六方晶窒化ホウ素 (hBN) は室温単光子を高輝度・スピン光子絡みで生成する優れた宿主材料である。 しかし、純度、安定性、スケーラビリティを改善するための課題は、量子技術における使用を制限する。 本稿では, パルスレーザー堆積法(PLD)を用いて, 炭素ドープされた, センチメートル規模のhBN薄膜を直接成長させることにより, hBN中の高純度かつ安定な単一光子エミッタ(SPE)を実証する。 これらのSPEは、室温SPEで報告される最低値であり、hBN SPEで達成される最低値である0.015のg(2)(0)値を達成する。 また、光度も高く(毎秒0.5万回程度)、連続操作時の顕著な安定性(15分)、デバイ・ワラー係数は45%である。 第一原理計算は、PLDの低温合成とその場でのドーピングによって可能となる、これらの性質に固有の炭素欠陥を明らかにする。 本研究は,hBNにおける高純度安定SPEの大量生産に有効な方法を示し,様々な用途にロバストな量子光学光源を実現する。

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