論文の概要: Nano-resolved sensing of 3D electromagnetic fields via single emitters' extreme variation of enhanced spontaneous emission

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2506.15095v1
• Date: Wed, 18 Jun 2025 03:05:51 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-06-19 19:35:51.534846
• Title: Nano-resolved sensing of 3D electromagnetic fields via single emitters' extreme variation of enhanced spontaneous emission
• Title（参考訳）: 単一放射体による高次自然放出の極端変動による3次元電磁界のナノリゾルドセンシング
• Authors: R. Margoth Córdova-Castro, Dirk Jonker, Clément Cabriel, Mario Zapata-Herrera, Bart van Dam, Yannick De Wilde, Robert W. Boyd, Arturo Susarrey-Arce, Ignacio Izeddin, Valentina Krachmalnicoff,
• Abstract要約: 本稿では,分子単一エミッタの自然放出変化の精密なエンジニアリングを可能にする新しい材料プラットフォームを提案する。 このプラットフォームは、四角い格子に配置された3次元中空プラズモンナノマテリアルに基づいており、センチメートルのスケールに均一にスケーラブルである。 遠視野単一分子超解像顕微鏡を用いて, 単一エミッタレベルの発光変化について検討した。
• 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: Controlling quantum light-matter interactions at scales smaller than the diffraction limit at the single quantum emitter level is a critical challenge to the goal of advancing quantum technologies. We introduce a novel material platform that enables precise engineering of spontaneous emission changes in molecular single emitters through 3D nanofields. This platform is based on a 3D hollow plasmonic nanomaterial arranged in a square lattice, uniformly scalable to the centimeter scale while maintaining unit cell geometry. This coupled system leads to billions of Purcell-enhanced single emitters integrated into a nanodevice. Using far-field single-molecule super-resolution microscopy, we investigate emission modifications at the single-emitter level, enabling molecular position sensing with resolution surpassing the diffraction limit. By combining the nanolocalization with time correlation single photon counting, we probe molecule per molecule enhanced quantum light-matter interactions. This 3D plasmonic geometry significantly enhances light-matter interactions, revealing a broad range of lifetimes -- from nanoseconds to picoseconds -- significantly increasing the local density of states in a manner that depends on both molecular position and dipole orientation, offering extreme position sensitivity within the 3D electromagnetic landscape. By leveraging these plasmonic nanostructures and our method for measuring single-molecule Purcell-enhanced nano-resolved maps, we enable fine-tuned control of light-matter interactions. This approach enables the on-demand control of fast single-photon sources at room temperature, providing a powerful tool for molecular sensing and quantum applications at the single-emitter level.
• Abstract（参考訳）: 単一量子エミッタレベルの回折限界よりも小さいスケールでの量子-マター相互作用を制御することは、量子技術の進歩という目標にとって重要な課題である。 3次元ナノフィールドによる分子単一エミッタの自然放出変化の精密エンジニアリングを可能にする新しい材料プラットフォームを提案する。 このプラットフォームは、正方形格子に配置された3次元中空プラズモンナノマテリアルに基づいており、単位セル形状を維持しながらセンチメートルスケールに均一にスケーラブルである。 この結合システムは、ナノデバイスに統合された何十億ものPurcell強化シングルエミッタにつながる。 遠視野単一分子超解像顕微鏡を用いて、単一エミッタレベルの発光変化を調査し、回折限界を超える分解能を持つ分子位置検出を可能にする。 ナノ局在化と時間相関単光子計数を組み合わせることで、分子当たりの分子の量子光-物質相互作用を探索する。 この3Dプラズモニック幾何学は光-物質相互作用を著しく強化し、ナノ秒からピコ秒までの幅広い寿命が、分子の位置と双極子配向の両方に依存する方法で状態の局所密度を著しく増加させ、3D電磁界における極端な位置感受性を提供する。 これらのプラズモニックナノ構造と, 単分子パーセル強化ナノリゾルドマップの測定により, 光-光相互作用の微調整制御が可能となる。 このアプローチは、室温での高速な単一光子源のオンデマンド制御を可能にし、分子センシングと単一エミッターレベルでの量子応用のための強力なツールを提供する。

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