論文の概要: Cooperative Emission from Quantum Emitters in Hexagonal Boron Nitride Layers

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2601.21544v1
• Date: Thu, 29 Jan 2026 11:00:51 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-01-30 16:22:49.750737
• Title: Cooperative Emission from Quantum Emitters in Hexagonal Boron Nitride Layers
• Title（参考訳）: 六方晶窒化ホウ素層中の量子エミッタからの協調放出
• Authors: Igor Khanonkin, Amir Sivan, Le Liu, Johannes Eberle, Kenji Watanabe, Takashi Taniguchi, Gadi Eisenstein, Meir Orenstein,
• Abstract要約: 六方晶窒化ホウ素(hBN)のような大バンドギャップのファンデルワールス材料は室温単一光子を安定に放出する。 ここでは、放射体がほぼ区別不可能なとき、hBN層における量子エミッタアンサンブルからの集合放出を示す。 時間分解フォトルミネッセンス測定により、超線形強度の増強と放射崩壊の顕著な加速が明らかになった。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.5597858722078382
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Collective light emission from many-body quantum systems is a cornerstone of quantum optics, yet its implementation in solid-state platforms operating under ambient conditions remains highly challenging. Large-bandgap van der Waals materials such as hexagonal boron nitride (hBN) host stable room-temperature single-photon emitters with narrow linewidths across a broad spectral range. However, cooperative radiative effects in this system have not been previously explored. Here we demonstrate collective emission from quantum-emitter ensembles in hBN layers when the emitters are nearly indistinguishable and positioned within a sub-wavelength proximity. Using confocal microscopy and a Hanbury Brown-Twiss (HBT) configuration, we identify both isolated emitters and ensembles activated by localized electron-beam irradiation. Time-resolved photoluminescence measurements reveal a superlinear intensity enhancement and a pronounced acceleration of the radiative decay in tightly confined ensembles, with lifetimes approaching the temporal resolution of our experimental system (about 500 ps), compared to approximately 1.85 ns for single emitters or large, spatially extended ensembles. Complementary second-order photon-correlation measurements exhibit sub-Poissonian antidip consistent with emission from a few indistinguishable emitters. The simultaneous observation of lifetime shortening and enhanced emission provides direct evidence of cooperative emission at room temperature, achieved without optical cavities or cryogenic cooling. These results establish optically active defect ensembles in hBN as a scalable solid-state platform for engineered collective quantum optics in two-dimensional materials, opening avenues toward ultrabright superradiant light sources and nonclassical photonic states for quantum technologies.
• Abstract（参考訳）: 多体量子系からの集合的な発光は量子光学の基礎であるが、その環境条件下での固体プラットフォームへの実装は非常に困難である。 六方晶窒化ホウ素(hBN)のような大バンドギャップのファンデルワールス材料は、広いスペクトル範囲にわたって狭い線幅を持つ安定した室温単一光子を放出する。 しかし、このシステムにおける協調的放射効果は以前にも検討されていない。 ここでは,hBN層における量子エミッタアンサンブルからの集合放出について述べる。 共焦点顕微鏡とHanbury Brown-Twiss (HBT) 構成を用いて, 局所電子ビーム照射により活性化される孤立エミッタとアンサンブルの両方を同定した。 時間分解フォトルミネッセンス測定により, 密集したアンサンブルにおける超線形強度の増強と放射減衰の顕著な加速が示され, 寿命は実験系(約500ps)の時間分解能に近づき, 単一エミッタの約1.85 ns, 空間拡張アンサンブルの約1.85 nsに近づいた。 相補的な2次光子相関測定は、いくつかの不明瞭なエミッターからの放出と一致したサブポアソン反ジップを示す。 寿命短縮と高出力の同時観測は、光キャビティや低温冷却なしで達成された室温での協調放出の直接的な証拠となる。 これらの結果により、hBN における光学活性欠陥アンサンブルは、2次元の材料で設計された集合量子光学のためのスケーラブルな固体プラットフォームとして確立され、超高輝度超放射光源や量子技術のための非古典的フォトニック状態への道を開く。

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