論文の概要: Quantifying Spin Defect Density in hBN via Raman and Photoluminescence Analysis
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2506.19803v1
- Date: Tue, 24 Jun 2025 17:09:21 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-06-25 19:48:23.739927
- Title: Quantifying Spin Defect Density in hBN via Raman and Photoluminescence Analysis
- Title（参考訳）: ラマン分光法によるhBNのスピン欠陥密度の定量と発光解析
- Authors: Atanu Patra, Paul Konrad, Andreas Sperlich, Timur Biktagirov, Wolf Gero Schmidt, Lesley Spencer, Igor Aharonovich, Sven Höfling, Vladimir Dyakonov,
- Abstract要約: 六方晶窒化ホウ素(hBN)の負の帯電ホウ素(mathrmV_B-$)は、有望な固体スピン量子ビットとして出現している。
ここでは、ラマンとフォトルミネッセンスシグネチャを相関させて、hBNの$mathrmV_B-$欠陥密度を定量化する全光学的手法を提案する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Negatively charged boron vacancies ($\mathrm{V_B^-}$) in hexagonal boron nitride (hBN) are emerging as promising solid-state spin qubits due to their optical accessibility, structural simplicity, and compatibility with photonic platforms. However, quantifying the density of such defects in thin hBN flakes has remained elusive, limiting progress in device integration and reproducibility. Here, we present an all-optical method to quantify $\mathrm{V_B^-}$ defect density in hBN by correlating Raman and photoluminescence (PL) signatures with irradiation fluence. We identify two defect-induced Raman modes, D1 and D2, and assign them to vibrational modes of $\mathrm{V_B^-}$ using polarization-resolved Raman measurements and density functional theory (DFT) calculations. By adapting a numerical model originally developed for graphene, we establish an empirical relationship linking Raman (D1, $E_\mathrm{2g}$) and PL intensities to absolute defect densities. This method is universally applicable across various irradiation types and uniquely suited for thin flakes, where conventional techniques fail. Our approach enables accurate, direct, and non-destructive quantification of spin defect densities down to $10^{15}$ defects/ cm${}^3$, offering a powerful tool for optimizing and benchmarking hBN for quantum optical applications.
- Abstract（参考訳）: 六方晶窒化ホウ素 (hBN) の負の電荷を持つホウ素空孔 (\mathrm{V_B^-}$) は、光学的アクセシビリティ、構造的単純性、フォトニックプラットフォームとの整合性により、有望な固体スピン量子ビットとして出現している。
しかし、薄いhBNフレークにおけるそのような欠陥の密度を定量化することは、デバイス統合と再現可能性の進歩を制限している。
本稿では、ラマンおよび光ルミネッセンス(PL)信号と照射フルエンスを相関させて、hBNの欠陥密度を$\mathrm{V_B^-}$で定量化する全光学的手法を提案する。
我々はD1とD2の2つの欠陥誘起ラマンモードを特定し、偏光分解ラマン測定と密度汎関数理論(DFT)計算を用いて、それらを$\mathrm{V_B^-}$の振動モードに割り当てる。
グラフェンのために開発された数値モデルを適用することにより、ラマン(D1, $E_\mathrm{2g}$)とPL強度を絶対欠陥密度に結びつける経験的関係を確立する。
この方法は、様々な種類の照射に普遍的に適用でき、従来の技法が失敗する薄いフレークに一意に適している。
提案手法は, スピン欠陥密度の正確な, 直接的, 非破壊的な定量化を可能にし, 量子光学応用のためのhBNを最適化し, ベンチマークするための強力なツールを提供する。
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