論文の概要: Disorder-Engineered Hybrid Plasmonic Cavities for Emission Control of Defects in hBN

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2506.14517v1
• Date: Tue, 17 Jun 2025 13:46:15 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-06-18 17:34:59.490639
• Title: Disorder-Engineered Hybrid Plasmonic Cavities for Emission Control of Defects in hBN
• Title（参考訳）: hBNにおける欠陥の放出制御のための障害駆動型ハイブリッドプラズモニックキャビティ
• Authors: Sinan Genc, Oguzhan Yucel, Furkan Aglarci, Carlos Rodriguez-Fernandez, Alpay Yilmaz, Humeyra Caglayan, Serkan Ates, Alpan Bek,
• Abstract要約: 六方晶窒化ホウ素(hBN)中の欠陥ベースの量子放出体は、スケーラブルな量子フォトニクスのための構成要素を約束している。 本研究は、hBNナノフレーク中の欠陥ベースの量子エミッタとプラズモンナノキャビティを統合するための低コストな製造手法を示す。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Defect-based quantum emitters in hexagonal boron nitride (hBN) are promising building blocks for scalable quantum photonics due to their stable single-photon emission at room temperature. However, enhancing their emission intensity and controlling the decay dynamics remain significant challenges. This study demonstrates a low-cost, scalable fabrication approach to integrate plasmonic nanocavities with defect-based quantum emitters in hBN nanoflakes. Using the thermal dewetting process, we realize two distinct configurations: stochastic Ag nanoparticles (AgNPs) on hBN flakes and hybrid plasmonic nanocavities formed by AgNPs on top of hBN flakes supported on gold/silicon dioxide (Au/SiO2) substrates. While AgNPs on bare hBN yield up to a two-fold photoluminescence (PL) enhancement with reduced emitter lifetimes, the hybrid nanocavity architecture provides a dramatic, up to 100-fold PL enhancement and improved uniformity across multiple. emitters, all without requiring deterministic positioning. Finite-difference time-domain (FDTD) simulations and time-resolved PL measurements confirm size-dependent control over decay dynamics and cavity-emitter interactions. Our versatile solution overcomes key quantum photonic device development challenges, including material integration, emission intensity optimization, and spectral multiplexity. Future work will explore potential applications in integrated photonic circuits hosting on-chip quantum systems and hBN-based label-free single-molecule detection through such quantum nanoantennas.
• Abstract（参考訳）: 六方晶窒化ホウ素(hBN)の欠陥ベースの量子放出体は、室温での安定な単一光子放出のため、スケーラブルな量子フォトニクスのためのブロックを構築することを約束している。 しかし、その放出強度の増大と崩壊ダイナミクスの制御は依然として大きな課題である。 本研究は、hBNナノフレーク中の欠陥ベースの量子エミッタとプラズモンナノキャビティを統合するための低コストでスケーラブルな製造手法を示す。 熱脱湿法を用いて,hBNフラックス上のAgナノ粒子 (AgNPs) と,金/二酸化ケイ素基板上に支持されたhBNフラックス上にAgNPsによって形成されるハイブリッドプラズモンナノキャビティの2つの異なる構成を実現する。 素hBN上のAgNPは発光寿命を減らして2倍の発光(PL)を増強する一方、ハイブリッドナノキャビティアーキテクチャは劇的で最大100倍のPLを増強し、複数回にわたって均一性を向上させる。 放射体 決定論的位置決めを必要とせず 有限差分時間領域(FDTD)シミュレーションと時間分解PL測定により、崩壊ダイナミクスとキャビティ-エミッタ相互作用に対するサイズ依存的な制御が確認された。 我々の汎用ソリューションは、物質統合、発光強度の最適化、スペクトル多重性など、重要な量子フォトニックデバイス開発課題を克服します。 今後の研究は、オンチップ量子系をホストする集積フォトニック回路や、そのような量子ナノアンテナによるhBNベースのラベルフリー単一分子検出の応用の可能性を探る予定である。

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