Quantum emitters in bilayer hexagonal boron nitride
本研究通过密度泛函理论模拟，探讨了双层六方氮化硼中相互作用原子缺陷引入的新光谱特征，发现色心间的距离和相对取向会引发偏振依赖性光谱特征，为通过缺陷间相互作用工程化单光子发射提供了途径。
2024-11-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Single-Photon Nanoantenna with in Situ Fabrication of Plasmonic Ag Nanoparticle at an hBN Defect Center
我们提出了一种实用的新方法来制作耦合单量子发射体-等离子体纳米天线系统。利用等离子体纳米天线对六方氮化硼多层膜中单个缺陷中心的发射特性进行了研究。通过对hBN多层膜上的薄银膜进行去湿，以尺寸受控的方式获得等离子体纳米天线，对缺陷没有不利影响。一个非常相同的单缺陷中心进行了研究，并没有纳米天线，以证明其发射特性的修改。基于去湿过程中的初始银膜厚度，观察到按需增强和猝灭效应。为了获得确定性的耦合强度，电磁仿真模型，根据实验。荧光寿命，辐射和非辐射发射率计算用于估计的缺陷纳米天线系统的空间配置，以及确认实验结果。我们的方法提供了一个低成本和不复杂的耦合方案作为替代的扫描探针尖端天线技术。
2020-03-30 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Defect-related photoluminescence of hexagonal boron nitride
用时间分辨和能量分辨光谱方法测量了多晶六方氮化硼（hBN）的光致发光。所观察到的带与DAP跃迁、杂质和结构缺陷有关。高于5.4 eV的高能光子激发样品，使光致发光（PSL）的现象，这是由于远距离捕获CB电子和VB空穴。这些被俘获的电荷是亚稳态的，并且它们与低能量光子的再激发导致反斯托克斯光致发光。光致发光激发光谱和PSL激发光谱的比较允许带分析，支持在hBN中具有大的结合能的类Frenkel激子的假设。
2008-10-22 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Disorder-Engineered Hybrid Plasmonic Cavities for Emission Control of Defects in hBN
Middle East Technical University（中东技术大学）；Izmir Institute of Technology（伊兹密尔理工大学）；Tampere University（坦佩雷大学）；Eindhoven University of Technology（埃因霍温理工大学）；Sabancı University（萨班哲大学）
本研究通过低成本可扩展方法集成石墨烯氮化硼中的缺陷量子发射体与等离子体纳米腔体，实现光致发光增强和衰变动力学控制，无需确定性定位。
2026-01-31 physics.app-ph physics.optics quant-ph
Energy-Transfer-Enhanced Emission and Quantum Sensing of VB- Defects in hBN-PbI2 Heterostructures
École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL)（洛桑联邦理工学院）
通过异质结构增强VB-缺陷的发光与量子传感，利用PbI2敏化层提升PL强度并实现高灵敏度磁共振检测
2026-02-02 cond-mat.mtrl-sci physics.optics quant-ph
Channeling defect emission through topological Jackiw-Rebbi states in hBN
University of Technology Sydney（悉尼科技大学）；ARC center of Excellence for Transformative Meta-Optical Systems, University of Technology Sydney（悉尼科技大学变革性超光学系统卓越研究中心）；University of New South Wales（新南威尔士大学）
本研究在六方氮化硼中实现拓扑Jackiw-Rebbi态的光子类比，通过反转光栅带边模式顺序形成非色散界面态，该态对制造误差高度容忍，为控制发光缺陷发射提供稳健平台。
2026-09-23 physics.optics
Quantum Emitters in Rhombohedral Boron Nitride
本研究发现新兴宽带隙范德华材料菱方氮化硼（rBN）中存在可光学寻址的自旋缺陷与单光子发射体，经位点特异性制备并与六方氮化硼对比后，结合计算模型阐明了B中心SPE的原子结构，确立其为兼具非线性光学与量子发射特性的集成光子学新平台。
2025-02-21 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Plasmon triggered ultrafast operation of color centers in hBN layers
二维材料中的高质量发射中心是未来光子学和光电学应用的有前途的元件。富碳六方氮化硼（hBN：C）层具有原子状色心（CC）缺陷，在室温下具有强而稳健的光电发射。将hBN：C层放置在Ag三角形纳米颗粒（NP）的顶部上加速了CC缺陷的衰减，从它们的参考体积值350 ps下降到46 ps。超快衰减是由于通过CC的近场有效激发Ag NP的等离子体模式而实现的。CC/Ag NP相互作用的模拟呈现出预期更高的Purcell值，尽管所测量的CC的衰减受到仪器响应的限制。分析了NP厚度对CC的Purcell因子的影响。hBN：C层中CC的超快操作为其在苛刻应用中的使用铺平了道路，例如单光子发射器和量子器件。
2022-11-17 cond-mat.mtrl-sci physics.optics quant-ph
Hexagonal Boron Nitride Spin Defects for Quantum Photonics: Annealing-Free Generation by Krypton Ion Implantation
Indian Institute of Technology Bombay（印度理工学院孟买分校）；Savitribai Phule Pune University（萨维特里巴·普勒浦那大学）；National Institute for Materials Science（日本物质材料研究所）
本文报道了利用Kr⁺离子注入在六方氮化硼中产生无退火、室温近红外发光自旋缺陷，通过SRIM模拟优化参数，实验表明注入后产生稳定的830 nm光致发光带，强度随剂量增加，EPR和DFT揭示VN-CB施主-受主对复合体为可能起源。
2026-06-23 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Laser Direct Writing of Visible Spin Defects in Hexagonal Boron Nitride for Applications in Spin-Based Technologies
本文利用飞秒激光直写在hBN中确定性制备550–800 nm可见自旋缺陷阵列，并测得最高0.8%的正单峰ODMR对比度。
2023-03-11 cond-mat.mes-hall physics.optics
Extracting Membrane-like hexagonal Boron Nitride hosting single Defect Centers for Resonator Integration
本文开发纳米操控工具，从市售 hBN 中提取含窄线宽单光子发射体的膜状结构，并耦合 FPFC，在室温实现最高100倍光谱增强。
2025-08-31 physics.app-ph physics.optics quant-ph
Mechanical Decoupling of Quantum Emitters in Hexagonal Boron Nitride from Low-Energy Phonon Modes
最近报道了六方氮化硼（hBN）中的量子发射体在室温下根据傅里叶变换极限保持均匀的线宽。这种不寻常的观察可以追溯到面内声子模式的去耦，如果发射体位于hBN主体材料的两个平面之间，则会出现面内声子模式。在这项工作中，我们调查的起源机械解耦。改进的样品制备能够降低背景和光谱扩散的70倍降低，这是迄今为止hBN中缺陷中心的主要缺点，并使我们能够揭示低声子频率的电子-声子谱密度中的间隙。这种从声子的解耦在室温下持续存在，并解释了观察到的傅里叶变换限制线高达300K。此外，我们调查的偶极发射方向性，并显示出一个优选的光子发射通过支持索赔的缺陷中心的面外扭曲的hBN薄片的一侧。我们的工作奠定了基础，以更深入地了解基础物理的持久性傅立叶变换极限线到室温。它还提供了关于如何识别hBN中大量缺陷中心内的机械隔离发射极的描述。因此，这为室温下hBN中缺陷中心的量子光学应用铺平了道路。
2020-04-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Room Temperature Initialisation and Readout of Intrinsic Spin Defects in a Van der Waals Crystal
宽禁带半导体中的光学可寻址自旋已经成为探索基本量子现象的最突出的平台之一。虽然包括金刚石和碳化硅在内的3D晶体中的几种候选物已经被广泛研究，但在原子级薄的2D材料中识别spindependent过程仍然难以捉摸。虽然理论上预测了hBN中的光学可达自旋态，但它们尚未在实验上观察到。在这里，采用严格的电子顺磁共振技术和光致发光光谱，我们确定荧光线在六方氮化硼与一个特定的缺陷，带负电荷的硼空位，并确定其自旋哈密顿参数。我们发现，缺陷有一个三重基态与零场分裂为3.5 GHz，并建立该中心在室温下具有光学检测的磁共振。我们还证明了该中心的自旋极化下的光泵，这导致光诱导的自旋基态的粒子数反转相干自旋操纵计划的先决条件。我们的研究结果构成了一个飞跃，在建立二维hBN作为一个主要的平台，可扩展的量子技术，具有扩展的潜力，自旋为基础的量子信息和传感应用，作为我们的ODMR研究hBN NV金刚石混合结构显示。
2019-06-10 cond-mat.mtrl-sci physics.optics quant-ph
Manipulating the Charge State of Spin Defects in Hexagonal Boron Nitride
本研究利用层状异质结器件注入电子或空穴，实现并调控 hBN 中硼空位在 -1 与 0 电荷态之间的确定性可逆切换，为稳定自旋活性的 $V_B^-$ 态提供方法。
2023-05-10 cond-mat.mtrl-sci physics.optics quant-ph
Quantum Optics Applications of Hexagonal Boron Nitride Defects
本文综述了六方氮化硼缺陷在量子传感、量子密钥分发、量子计算和量子存储等方面的应用，并总结了扩展其能力的关键实验与理论进展。
2024-11-26 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.optics
Tailoring hBN's Phonon Polaritons with the Plasmonic Phase-Change Material In3SbTe2
本文提出利用相变材料In3SbTe2在介电相和金属相间可逆切换的特性，通过直接光学编程快速原型化发射和聚焦结构，实现对范德华材料hBN中声子极化激元的高约束定制与可重构调控。
2025-04-28 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Identifying Carbon as the Source of Visible Single Photon Emission from Hexagonal Boron Nitride
六方氮化硼（hBN）中的单光子发射体（SPE）由于其优异的光学性能在过去几年中获得了极大的关注。然而，尽管有大量的实验结果和理论计算，导致观察到的发射的缺陷结构仍然难以捉摸。在这里，通过控制杂质掺入hBN和比较各种合成方法，我们提供了直接的证据，可见SPE是碳相关的。室温下的光学检测磁共振（ODMR）证明这些缺陷的合奏。我们还进行了离子注入实验，并确认只有碳注入创建SPE在可见光谱范围内。对数百种潜在的碳基缺陷跃迁的计算分析表明，发射是由带负电荷的VBCN缺陷引起的，该缺陷经历长范围的面外变形并且对环境敏感。我们的研究结果解决了一个长期存在的争论，在可见光范围内的hBN的单发射器的起源，并将这些缺陷的量子光子器件的确定性工程的关键。
2020-04-20 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.optics
Properties of quantum emitters in different hBN sample types particularly suited for nanophotonic integration
University of Cambridge（剑桥大学）；Technical University of Denmark（丹麦技术大学）
针对2D hBN中单光子发射器特性与原子起源未知的问题，研究了适用于纳米光子集成的LPE多层纳米薄片和CVD层工程化样品，通过缺陷分析与模拟拟合碳相关缺陷光学特性，缩小了发射器起源范围，推动hBN量子发射器的应用。
2025-02-19 physics.optics quant-ph
Photophysics of blue quantum emitters in hexagonal Boron Nitride
六方氮化硼（hBN）中的色心已经成为集成量子光子学的有趣竞争者。在这项工作中，我们提出了详细的hBN单发射器在蓝色光谱范围内发射的光物理分析。该发射体是通过不同的电子束辐照和退火条件下制造的，并表现出中心在436 nm的窄带发光。光子统计和严格的光动力学分析揭示了发射体的势能级结构，这表明缺乏亚稳态，理论分析支持。潜在缺陷可以具有在hBN带隙的下半部分中具有完全占据的缺陷态并且在带隙的上半部分中具有空缺陷态的电子结构。总的来说，我们的研究结果对于理解hBN中新兴的蓝色量子发射体家族作为可扩展量子光子应用的潜在来源的物理性质是重要的。
2023-01-11 physics.app-ph physics.optics
Surface defects in carbon-doped hexagonal boron nitride for negative-contrast direct laser writing
National University of Singapore（新加坡国立大学）；Institute for Functional Intelligent Materials, National University of Singapore（新加坡国立大学功能智能材料研究所）；National Institute of Material Science（日本物质材料研究机构）；Research Center for Functional Materials, National Institute of Material Science（日本物质材料研究机构功能材料研究中心）；International Center for Materials Nanoarchitectonics, National Institute of Material Science（日本物质材料研究机构国际纳米材料中心）
碳掺杂六方氮化硼中的表面缺陷通过光驱动结构重构和表面化学实现负对比直接激光写入，用于设计任意几何发光图案。
2026-02-14 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other physics.app-ph
Electrical Control of Quantum Emitters in a Van der Waals Heterostructure
控制和操纵固体中的单个量子系统支撑了对可扩展量子技术发展的日益增长的兴趣。最近，六方氮化硼由于其能够承载光学稳定的量子发射体而在量子光子应用中获得了显著的关注。然而，hBN的大的带隙和缺乏有效的掺杂抑制电触发和限制的机会，研究电控制的发射极。在这里，我们展示了一种方法来电调制量子发射器在n-hBN石墨烯范德华异质结构。我们表明，在hBN中的量子发射体可以通过在设备上施加偏压来可逆地激活和调制。值得注意的是，大量的量子发射器本质上是暗的，并且在非零电压下变得光学活性。为了解释结果，我们提供了一个启发式的静电模型，这种独特的行为。最后，采用这些设备，我们证明了一个近相干源的线宽为160 MHz。我们的研究结果提高了hBN的潜力可调固态量子发射器的日益增长的领域的量子信息科学。
2021-11-04 physics.optics quant-ph
Optically addressable spin defects coupled to bound states in the continuum metasurfaces
针对六方氮化硼本征自旋缺陷量子效率低、发射光谱宽的问题，提出并实现其与准连续谱束缚态高品质因子共振的单片集成，使光致发光强度提升25倍、光谱线宽窄于4 nm，为量子应用的vdW基纳米光子器件研发铺路。
2024-03-06 cond-mat.mes-hall physics.optics
Robust multicolor single photon emission from point defects in hexagonal boron nitride
六方氮化硼（hBN）是一种新兴的二维量子光子学材料，具有大禁带宽度和双曲线性质。在这里，我们报告了一个广泛的室温下的单光子发射在可见光和近红外光谱范围内的点缺陷的hBN多层膜。我们表明，发射体可以分为两个一般群体，但最有可能具有相似的晶体结构。我们进一步展示了两种方法的工程使用电子束照射或退火的发射器，并表征其物理性质。该发光体在室温下表现出小于10 nm的窄线宽，以及具有高亮度的短激发态寿命。值得注意的是，发射极非常坚固，并能承受氧化和还原环境中的侵蚀性退火处理。我们的研究结果构成了确定性工程的单发射器在二维材料的第一步，并举行了很大的希望使用氮化硼的缺陷作为源的量子信息处理和纳米光子学。
2016-03-31 cond-mat.mtrl-sci physics.optics quant-ph
Engineering and localization of quantum emitters in large hexagonal boron nitride layers
六方氮化硼（hBN）是一种宽带隙的范德华材料，最近已成为量子光子学实验的有前途的平台。在这项工作中，我们研究的形成和本地化的窄带量子发射体在大薄片（高达几十微米宽）的hBN。发射极可以通过电子辐照或高温退火在生长态hBN中被激活，并且发射极形成概率可以通过对生长态材料的离子注入或聚焦激光辐照来增加。有趣的是，我们发现发射体总是位于薄片的边缘，这与3D材料中的大多数发光点缺陷不同。我们的研究结果构成了在纳米光子学应用中部署hBN的路线图上的重要一步。
2016-08-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Deterministic fabrication of blue quantum emitters in hexagonal boron nitride
面元氮化硼（hBN）作为从紫外到近红外光谱范围的量子发射体的固态主体获得了相当大的关注。然而，大多数发射体的原子结构是推测性的或未知的，并且发射体制造方法通常具有较差的再现性、空间精度或光谱特异性。在这里，我们提出了一个强大的，确定性的电子束技术，在436 nm（2.8 eV）的零声子线的蓝色量子发射器的特定位置的制造。我们表明，发射强度与电子剂量成正比，并且制造方法的功效与305 nm（4.1 eV）处的缺陷发射相关。我们属性的蓝色发光体产生的碳簇的电子碰撞的碎片，并表明，发射器制造技术的鲁棒性和通用性增强了预辐照退火处理。我们的研究结果提供了重要的见解，在hBN和确定性制造的hBN量子发射体的框架的缺陷的物理性质和结构。
2021-11-26 cond-mat.mtrl-sci physics.optics quant-ph
Coherent control of an ultrabright single spin in hexagonal boron nitride at room temperature
研究提出一种高效排列和分离hBN单缺陷的方法，发现一种具有优异光学性质且室温下可光学控制的新型单自旋缺陷，为量子信息应用提供新可能。
2023-05-21 physics.optics
Bottom up engineering of near-identical quantum emitters in atomically thin materials
量子技术需要能够可靠设计的鲁棒且光稳定的单光子发射器（SPE）。六方氮化硼（hBN）最近成为一个有前途的候选主机明亮和光学稳定的SPE在室温下工作。然而，迄今为止，hBN中的荧光缺陷的发射波长已被证明是不受控制的。发射器通常显示跨越宽光谱范围（数百纳米）的零声子线（ZPL）能量的大范围分布，这阻碍了基于hBN的器件和应用的潜在发展。我们展示了自下而上，化学气相沉积生长大面积，几层hBN主机大量的SPE：100每10 × 10 μm2。值得注意的是，超过85%的发射器在（580{ \pm }10）nm处具有ZPL，该分布比先前报道的窄一个数量级。利用发射器的高密度和均匀性，我们展示了高达15 nm的ZPL发射波长的电调制和调谐。我们的研究结果构成了一个明确的进步，在可扩展的量子光子和混合光电子器件的基础上的二维材料的hBN单光子发射器的实际部署。
2018-06-04 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.optics
Higher-order defect mode laser in an optically thick photonic crystal slab
光学厚平板的使用可以为使用光子晶体实现电流注入型激光器提供通用的解决方案。在这里，我们表明，横向高阶缺陷模式可以被设计为限制在这样的厚平板的光子带隙。使用模拟，我们表明，10^5的高Q值是可能的，从一个微调的二阶六极模。在实验上，我们实现了1347 nm的二阶六极模光泵浦脉冲激光，峰值阈值泵浦功率为88 μ W。
2012-11-14 physics.optics
Plasmonic Nanocavity to Boost Single Photon Emission from Defects in Thin Hexagonal Boron Nitride
本文提出将等离子体金属纳米腔与含缺陷的六方氮化硼薄片集成，在室温下显著加速并增强单光子发射，结合理论计算证明纳米腔是关键，为室温集成量子光子网络提供高效单光子源。
2024-10-22 physics.optics quant-ph
Super-resolution imaging of nanoscale inhomogeneities in hBN-covered and encapsulated few-layer graphene
本文利用hBN双曲声子极化激元与石墨烯等离激元耦合的超透镜效应，实现了hBN覆盖三层及封装四层石墨烯中亚衍射尺寸不均匀性的超分辨放大成像，并证实极化激元色散具有堆叠依赖性。
2024-07-08 physics.optics
Dielectric breakdown and sub-wavelength patterning of monolayer hexagonal boron nitride using femtosecond pulses
本研究首次探究单飞秒脉冲诱导的单层hBN介电击穿，发现其击穿阈值为现有二维材料最高且与带隙线性相关，还实现了亚波长分辨率的无损伤图案化，深化了强场光与hBN相互作用的认知。
2023-06-07 physics.optics
Low-temperature electron-phonon interaction of quantum emitters in hexagonal Boron Nitride
基于层状六方氮化硼（hBN）中原子缺陷的量子发射体已经成为具有原子般的电子物理和量子光电性质的有前途的固态“人造原子”。与其他类原子发射体类似，hBN中的缺陷-声子耦合控制特征单光子发射，并提供了研究发射体的原子和电子结构以及其自旋和电荷相关电子态与声子耦合的机会。在这里，我们调查这些问题，使用光致发光激发（PLE）实验在T=4K的单光子发射器在多层hBN生长的化学气相沉积。通过从零声子线（ZPL）扫描到250 meV，我们可以精确地测量发射极对不同声子模式的耦合效率。我们的研究结果表明，激发介导的一个平面内的光学声子的吸收增加发射极吸收概率的10倍相比，介导的声学或平面外的光学声子。我们比较这些测量对理论预测的第一性原理密度泛函理论的四个缺陷的候选人，我们计算普遍的电荷态和它们的自旋相关的耦合体和本地声子模式。我们的工作阐明了hBN量子发射体在低温下的声子耦合动力学，更普遍地影响了2D材料中的介观量子发射体系统，并代表了固态量子技术中的可能应用。
2019-10-04 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Radiation pressure backaction on a hexagonal boron nitride nanomechanical resonator
本文首次在电信波段观测到六方氮化硼鼓面谐振器的辐射压力反作用，通过光纤法布里-珀罗微腔实现光机械耦合，分辨了光学弹簧效应和光机械阻尼，为用光调控hBN机械性能奠定基础。
2023-07-21 cond-mat.mes-hall physics.optics
An optically defined phononic crystal defect
本文提出通过光学弹簧在声子晶体单原胞上编程缺陷模式，实现力学模式局域化并使其参与质量减少37倍，为新型光力学系统奠定基础。
2024-06-28 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
