論文の概要: Color Centers and Hyperbolic Phonon Polaritons in Hexagonal Boron Nitride: A New Platform for Quantum Optics

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2602.05736v1
• Date: Thu, 05 Feb 2026 15:01:18 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-02-06 18:49:08.990376
• Title: Color Centers and Hyperbolic Phonon Polaritons in Hexagonal Boron Nitride: A New Platform for Quantum Optics
• Title（参考訳）: 六方晶窒化ホウ素における色中心と双極子極性 : 量子光学の新しいプラットフォーム
• Authors: Jie-Cheng Feng, Johannes Eberle, Sambuddha Chattopadhyay, Johannes Knörzer, Eugene Demler, Ataç İmamoğlu,
• Abstract要約: 六方晶窒化ホウ素(hBN)における双極子極性光(HPP)は、中赤外光を深波長スケールに閉じ込める。 我々は、単一のhBN色中心がHPPの量子源として機能するフレームワークを開発する。 色中心の量子光学と双曲分極を結合することにより、我々は量子エミッタをオンチップの量子源として動作させ、HPPの制御を可能にする。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Hyperbolic phonon polaritons (HPPs) in hexagonal boron nitride (hBN) confine mid-infrared light to deep-subwavelength scales and may offer a powerful route to strong light-matter interactions. Generation and control of HPPs are typically accessed using classical near-field probes, which limits experiments at the quantum level.A complementary frontier in hBN research focuses on color centers: bright, stable, atomically localized emitters that have rapidly emerged as a promising platform for solid-state quantum optics. Here we establish a key connection between these two directions by developing a cavity-QED framework in which a single hBN color center serves as a quantum source of HPPs. We quantify the emitter-HPP interaction and analyze two generation schemes. The first is spontaneous emission into the phonon sideband, which can produce single-HPP events and, in ultrathin slabs, becomes single-mode with an enhanced decay rate. The second is a stimulated Raman process that provides frequency selectivity, tunable conversion rate, and narrowband excitation. This drive launches spatially confined, ray-like HPPs that propagate over micrometer distances. We also outline a two-emitter correlation measurement that can directly test the single-polariton character of these emissions. By connecting color-center quantum optics with hyperbolic polaritonics, our approach enables quantum emitters to act as on-chip quantum sources and controls for HPPs, while HPPs provide long-range channels that couple spatially separated emitters. Together, these capabilities point to a new direction for mid-infrared photonic experiments that unite strong coupling, spectral selectivity, and spatial reach within a single material system.
• Abstract（参考訳）: 六方晶窒化ホウ素(hBN)中の双極性フォノンポラリトン(HPPs)は、中赤外光を深波長スケールに閉じ込め、強い光-物質相互作用への強力な経路を提供する。 HPPの生成と制御は通常、古典的な近接場プローブを使用してアクセスされ、量子レベルでの実験を制限する。hBN研究の補完的なフロンティアは、色中心に焦点を当てている。 ここでは、HPPの量子源として単一のhBN色中心が機能する空洞QEDフレームワークを開発することにより、これら2つの方向の鍵となる接続を確立する。 我々はエミッタとHPPの相互作用を定量化し、2つの生成スキームを解析する。 1つ目はフォノン側バンドへの自然放出であり、これは単一HPPイベントを発生させ、超薄スラブでは崩壊速度が向上する単一モードとなる。 2つ目は、周波数選択性、可変変換率、狭帯域励起を提供する刺激されたラマン過程である。 このドライブは、空間的に閉じ込められた光線状のHPPを発射する。 また、これらの放射の単一偏光子特性を直接検査できる2エミッター相関測定について概説する。 色中心の量子光学と双曲分極子を結合することにより、我々は量子エミッタをオンチップの量子源として動作させ、HPPを制御し、HPPは空間的に分離されたエミッタを結合する長距離チャネルを提供する。 これらの能力は、強い結合、スペクトル選択性、空間的リーチを単一の物質系内で結合する中赤外フォトニクス実験のための新しい方向を示す。

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