論文の概要: Energy-Transfer-Enhanced Emission and Quantum Sensing of VB- Defects in hBN-PbI2 Heterostructures

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2602.02256v1
• Date: Mon, 02 Feb 2026 16:01:45 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-02-03 19:28:34.272303
• Title: Energy-Transfer-Enhanced Emission and Quantum Sensing of VB- Defects in hBN-PbI2 Heterostructures
• Title（参考訳）: hBN-PbI2ヘテロ構造におけるVB欠陥のエネルギー移動による放出と量子センシング
• Authors: Eveline Mayner, Yaroslav Zhumagulov, Cristian de Giorgio, Feihong Chu, Prabhu Swain, Georg Fantner, Andras Kis, Oleg Yazyev, Aleksandra Radenovic,
• Abstract要約: 二次元材料中のスピン欠陥は、量子情報技術やセンシング用途に重要な可能性を秘めている。 この研究はナノマテリアルの弱い欠陥信号を増幅するための概念実証を確立し、光学的および磁気的応答を工学するための新しい戦略を強調した。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 31.458406135473805
• License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/
• Abstract: Spin defects in two-dimensional materials hold significant potential for quantum information technologies and sensing applications. The negatively charged boron vacancy (VB-) in hexagonal boron nitride (hBN) has attracted considerable attention as a quantum sensor due to its demonstrated sensitivity to temperature, magnetic fields, and pressure.1 However, its applications have thus far been limited by inherently dim photoluminescence (PL). By fabricating a van der Waals heterostructure with a sensitizing donor layer, lead iodide (PbI2), we effectively enhance the PL intensity from the VB- by 5-45x, while maintaining compatibility with other heterostructures and vdW optoelectronic platforms. The type-I band alignment at the heterojunction enables efficient exciton migration while suppressing back-electron transfer, and the strong spectral overlap between the PbI2 emission and defect absorption supports efficient fluorescence resonance energy transfer. Ab initio density functional theory (DFT) predicts a photon-ratcheting mechanism that boosts absorption and emission while maintaining magnetic resonance (ODMR) contrast through minimal hybridization. Experimentally, the heterostructure exhibits enhanced continuous-wave ODMR sensitivity and functions as a precise probe of external magnetic fields. This work establishes a proof-of-concept for amplifying weak defect signals in nanomaterials, highlighting a new strategy for engineering their optical and magnetic responses.
• Abstract（参考訳）: 二次元材料中のスピン欠陥は、量子情報技術やセンシング用途に重要な可能性を秘めている。 六方晶窒化ホウ素(hBN)中の負電荷のホウ素空孔(VB-)は、温度、磁場、圧力に対する感度を示すため、量子センサーとしてかなりの注目を集めている。 しかし、これまでのところ、その応用は自然に薄められたフォトルミネッセンス(PL)によって制限されている。 ファンデルワールスのヘテロ構造を高感度ドナー層, ヨウ化鉛 (PbI2) で作製することにより, 他のヘテロ構造やvdW光電子プラットフォームとの互換性を維持しつつ, VB-から5-45倍のPL強度を効果的に増強する。 ヘテロ接合におけるタイプIバンドアライメントは、バック電子移動を抑制しながら効率的なエクシトン移動を可能にし、PbI2放出と欠陥吸収の強いスペクトル重なり合いは、効率的な蛍光共鳴エネルギー移動をサポートする。 Ab initio density functional theory (DFT)は、最小のハイブリッド化を通じて磁気共鳴(ODMR)コントラストを維持しながら吸収と放出を促進する光子ラチェット機構を予測する。 実験的に、ヘテロ構造は強化された連続波ODMR感度を示し、外部磁場の精密プローブとして機能する。 この研究はナノマテリアルの弱い欠陥信号を増幅するための概念実証を確立し、光学的および磁気的応答を工学するための新しい戦略を強調した。

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