論文の概要: Exciton and biexciton preparation via coherent swing-up excitation in a GaAs quantum dot embedded in micropillar cavity

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2510.21428v1
• Date: Fri, 24 Oct 2025 13:06:46 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-10-28 06:57:23.423647
• Title: Exciton and biexciton preparation via coherent swing-up excitation in a GaAs quantum dot embedded in micropillar cavity
• Title（参考訳）: マイクロピラーキャビティに埋め込まれたGaAs量子ドットにおけるコヒーレント揺らぎ励起による励起子およびバイエクシトン生成
• Authors: Claudia Piccinini, Aleksander Rodek, Abdulmalik A. Madigawa, Ailton Garcia Jr., Saimon F. Covre da Silva, Vikas Remesh, Luca Vannucci, Gregor Weihs, Armando Rastelli, Niels Gregersen, Battulga Munkhbat,
• Abstract要約: 最近提案された量子エミッタ(SUPER)方式により、オフ共振・赤色変調レーザーパルスによる励起子のコヒーレントな準備が可能となった。 非常に偏光度の高い単一光子放出は、共鳴TPE飽和度を1.45倍超す。 これらの知見は、SUPERスキームを、量子フォトニクス応用に強い可能性を持つ、状態選択的エクシトンとバイエクシトン制御のための汎用的なツールとして確立する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 29.072229245538605
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Coherent control of quantum emitters is essential for scalable quantum photonic technologies. The recently proposed swing-up of quantum emitter (SUPER) scheme enables the coherent preparation of excitons via off-resonant, red-detuned laser pulses, offering highly efficient single-photon generation. We present a systematic study of SUPER excitation applied to a single GaAs quantum dot in a low-Q micropillar cavity. After identifying optimal excitation conditions, we benchmark the SUPER scheme against above-band, p-shell, and two-photon biexciton excitation (TPE). Despite requiring higher excitation powers, SUPER achieves near-unity population inversion ($\sim$95 %) and high single-photon purity ($g^{(2)}=0.03$), comparable to TPE, while also yielding a shortened exciton decay time ($\sim$200 ps), indicative of direct, efficient exciton preparation. A polarization-resolved analysis reveals that, when both excitation and collection are aligned with the exciton dipole, SUPER results in a highly polarized single-photon emission exceeding resonant TPE saturation by a factor of 1.45. Under optimal excitation conditions, we also observe biexciton preparation via a distinct SUPER resonance, confirmed by unpolarized exciton emission, extended lifetime due to the biexciton-exciton cascade, and biexciton emission, constituting the first experimental demonstrations of biexciton preparation under SUPER. These findings are in good agreement with a proposed four-level theoretical model including the biexciton. We also report that, strikingly, a slight misalignment of laser polarization induces an additional SUPER resonance that selectively populates the orthogonal exciton state without altering the nominal excitation polarization. These findings establish the SUPER scheme as a versatile tool for state-selective exciton and biexciton control, with strong potential for quantum photonic applications.
• Abstract（参考訳）: 量子エミッタのコヒーレント制御は、スケーラブルな量子フォトニクス技術に不可欠である。 最近提案された量子エミッタ(SUPER)方式により、励起子の非共鳴、赤色変調レーザーパルスによるコヒーレントな準備が可能となり、高効率な単一光子生成が可能となった。 低Qマイクロピラーキャビティにおける単一GaAs量子ドットに対するSUPER励起の系統的研究を行った。 最適励起条件を特定した上で,上帯域,p殻および2光子バイエクシトン励起(TPE)に対してSUPER法をベンチマークした。 高い励起力を必要とするにもかかわらず、SUPERはTPEに匹敵する1光子純度(g^{(2)}=0.03$)と、直接的で効率的なエクシトン生成の指標であるエクシトン崩壊時間(\sim$200 ps)の短縮を達成している。 偏光分解分析により、励起と集光の両方がエキシトン双極子に一致している場合、SUPERは共振TPE飽和度を1.45倍に超える高偏光単光子放出をもたらすことが明らかになった。 至適の励起条件下では, 異なるSUPER共鳴を用いてバイエクシトン製剤を観察し, 非分極エキシトン放出, ビエクシトンカスケードによる寿命延長, ビエクシトン放出を観察し, SUPER下でのバイエクシトン製剤の実験実験を行った。 これらの結果は、ビエクシトンを含む4段階の理論モデルとよく一致している。 また,レーザー偏光の微調整は,直交励起偏光を変化させることなく直交励起子状態を選択的に偏光させるSUPER共鳴を誘導する。 これらの知見は、SUPERスキームを、量子フォトニクス応用に強い可能性を持つ、状態選択的エクシトンとバイエクシトン制御のための汎用的なツールとして確立する。

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