Engineering spin defects in hexagonal boron nitride
二维六方氮化硼提供了有趣的机会,在纳米尺度上的光-物质相互作用的高级研究,特别是在量子纳米光子学的实现。在这里,我们展示了基于带负电荷的硼空位中心的光学可寻址自旋缺陷的工程。我们表明,这些中心可以创建剥离六方氮化硼使用各种聚焦离子束(氮,氙和氩),具有纳米级精度。使用激光和共振微波激发相结合,我们进行了光学检测磁共振光谱测量,这揭示了零场基态分裂的缺陷的~3.46 GHz。我们还进行了光致发光激发光谱和温度依赖的光致发光测量,以阐明该中心的物理性质。我们的研究结果是重要的先进的量子和纳米光子学实现涉及操纵和读出的自旋缺陷在六方氮化硼。
2020-04-16 physics.app-ph physics.optics quant-ph
Transverse electric surface mode in atomically thin Boron-Nitride
本文根据原子晶体的表面极化率和表面电导率,分析了表面波在单层二维原子晶体中的空间限制和传播长度。基于这些宏观参数的值,从实验观察中提取,它被证实,石墨烯支持在紫外光谱区域中的横向磁性非辐射表面模式,而单层六方氮化硼被预测支持在可见光谱中的横向电非辐射表面模式。这最后一种模式,在633纳米的真空波长,具有15微米的空间限制和大于2厘米的强度传播距离。
2016-03-14 cond-mat.mes-hall physics.optics
Propagating Polaritons in III-Nitride Slab Waveguides
我们报告III-氮化物波导与c-平面GAN/AlGaN量子阱在强光-物质耦合制度支持传播极化激元。由于光学模式和有源区之间的大重叠,它们在低温下具有高达60 meV的正常模式分裂,类光子极化激元的极化激元衰减长度高达100 $μ$ m,寿命为1-2 ps;后者的值基本上受到波导中发生的残余吸收的限制。该结构的完全晶格匹配性质允许非常低的无序和高的面内均匀性;这是实现极化激元集成电路的重要资产,由于40 meV的大激子结合能,该集成电路可以支持高达室温的非线性极化激元波包。
2016-12-08 cond-mat.mes-hall physics.optics
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
Stable emission and fast optical modulation of quantum emitters in boron nitride nanotubes
二维六方氮化硼(hBN)中的类原子缺陷是量子信息研究的重要平台。在这里,我们调查单光子发射的原子缺陷的氮化硼纳米管(BNNT)。我们证明了第一次光学调制的量子发射从BNNT与近红外激光。这种一维系统显示明亮的单光子发射以及在室温下的高稳定性,是一个很好的候选人的光学机械。BNNT单光子发射的快速光调制显示了系统的多个电子能级,在光信号处理中具有潜在的应用。
2018-06-15 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Mechanical detection and imaging of hyperbolic phonon polaritons in hexagonal Boron Nitride
到目前为止,二维(2D)材料的中红外纳米成像和光谱学仅限于散射型扫描近场光学显微镜(s-NSOM)实验,其中来自样品的光被金属涂层原子力显微镜(AFM)尖端散射,与纳米级材料相互作用。这些实验最近允许成像的等离子体激元在石墨烯以及双曲声子极化激元(HP 2)在六方氮化硼(hBN)。在这里,我们表明,AFM悬臂梁的高机械灵敏度可以用于成像hBN中的双曲声子极化激元。在我们的成像过程中,hBN微米级薄片的晶格振动被发射的声子极化激元局部增强。这些增强的振动耦合到与样品表面接触的AFM针尖,并在扫描期间记录。成像分辨率优于λ/20,与s-NSOM的最佳分辨率相当。重要的是,这种检测机制是免费的光背景,它实际上是第一个声子极化激元的无光子检测。
2017-03-30 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Large few-layer hexagonal boron nitride flakes for nonlinear optics
六方氮化硼(hBN)是一种层状介电材料,在光学和光子学中具有广泛的应用。在这项工作中,我们展示了一种制造方法的几层hBN薄片的面积高达5000 $\rm μm$。我们表明,这种形式的hBN可以与光子微结构集成:作为一个例子,我们使用圆形布拉格光栅(CBG)。CBG上的剥离的hBN薄片的层质量通过二次谐波产生(SHG)显微镜确认。我们表明,SHG信号是均匀的整个CBG外的hBN样品,并在CBG的中心放大。
2020-07-11 physics.app-ph physics.optics
Quantum Emission from Defects in Single Crystal Hexagonal Boron Nitride
块体六方氮化硼(hBN)是一种高度非线性的天然双曲材料,在现代纳米光子学应用中吸引了主要关注。然而,迄今为止还没有报道其在光谱的可见部分中的光学性质和由散装hBN托管的量子发射器的研究。在这项工作中,我们研究了在红色光谱范围内使用亚带隙光激发的hBN晶体的发射特性。在室温下观察到缺陷的量子发射,并详细描述了其特征。我们的研究结果推进了hBN在量子纳米光子学技术中的应用,并增强了我们对其光学性质的基本理解。
2016-03-07 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Internal nanostructure diagnosis with hyperbolic phonon polaritons in hexagonal boron nitride
近年来,分辨率低于衍射极限的成像材料和内部结构对于各种各样的应用已经变得至关重要。在这项工作中,我们报告的亚衍射诊断的内部结构的六方氮化硼激发和成像双曲声子极化激元。基于它们独特的传播特性,我们能够以纳米分辨率精确定位晶体内部的缺陷。通过分析极化激元波长、反射系数及其色散,重建了隐蔽缺陷的精确位置、尺寸和几何形状。我们还研究了极化激元的反射、透射和散射随缺陷尺寸和光子频率的变化。本文介绍的无损高精度极化激元结构诊断技术也可应用于其他双曲线或波导系统,并有可能应用于下一代生物医学成像、传感和精细结构分析。
2018-08-10 cond-mat.mes-hall physics.optics
Phonon-Enhanced Nonlinearities in Hexagonal Boron Nitride
本研究结合理论预测与实验观测,揭示hBN中强声子共振可显著增强FWM、三次谐波及高次谐波等光学非线性,并实现晶体运动的时间分辨探测。
2023-07-17 cond-mat.mes-hall physics.optics
Hexagonal boron nitride based photonic quantum technologies
本文综述六方氮化硼作为光子量子技术平台的结构、生长、色心工程及异质结构器件,涵盖室温单光子发射与电调谐进展。
2024-07-16 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.comp-ph
Quantum Emission From Hexagonal Boron Nitride Monolayers
原子级薄的范德瓦尔斯晶体最近在材料科学、纳米光子学和物理学的各种学科中实现了新的科学和技术突破。然而,这些材料的非经典光子发射迄今尚未实现。在这里,我们报告了六方氮化硼纳米片的室温量子发射。单光子发射体在室温下表现出极好的量子光学性质的组合,包括光谱的可见部分中报道的最高亮度、窄线宽、绝对光稳定性、短激发态寿命和高量子效率。密度泛函理论模拟表明,发射极是反位氮空位缺陷,存在于单层和多层六方氮化硼。我们的研究结果构成了范德华晶体在纳米光子学、光电子学和量子信息处理方面前所未有的潜力。
2015-04-24 cond-mat.mtrl-sci physics.optics quant-ph
Fingerprinting Defects in Hexagonal Boron Nitride via Multi-Phonon Excitation
本研究通过光致发光光谱与理论预测对比,确定了六方氮化硼中黄色单光子发射的碳相关缺陷原子结构,为量子技术应用提供关键依据。
2024-02-15 cond-mat.mtrl-sci physics.optics quant-ph
Near-field probing of image phonon-polaritons in hexagonal boron nitride on gold crystals
近场映射已被广泛用于研究范德瓦耳斯晶体中的双曲声子-极化激元。然而,由于近场信号和衬底介导的损耗的固有复杂性,极化激元损耗的精确测量仍然具有挑战性。在这里,我们证明了大面积单晶金片,一个原子级平坦的低损耗基板的图像极化激元,提供了一个平台,精确的近场测量的复杂传播常数的范德瓦尔斯晶体中的极化激元。作为一个局部的例子,我们测量的图像声子极化激元在六方氮化硼的传播损耗,揭示了其归一化的传播长度表现出抛物线光谱依赖性。此外,我们表明,图像声子极化激元表现出高达两倍的归一化传播损耗,而被压缩的2.4倍的情况下,电介质基板相比。我们的结论是,单晶金片提供了一个独特的纳米光子平台,探测和开发的图像模式在低维材料。
2021-12-23 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other physics.optics
Sub-diffractional, volume-confined polaritons in a natural hyperbolic material: hexagonal boron nitride
强各向异性介质中的介电张量的主分量具有相反的符号被称为双曲。这种材料长度表现出独特的纳米光子特性,这是由位于深亚衍射尺度的慢光模式的高度定向传播实现的。虽然人造双曲超材料已经被证明,但它们遭受高等离子体激元损耗,并且需要复杂的纳米纤维,这反过来又引起了对光学限制的尺寸依赖性限制。低损耗、中红外、天然双曲线材料六方氮化硼是一种有吸引力的替代品。我们观察到四个系列的多个(多达七个)的“双曲极化激元”模式在氮化硼纳米锥在两个光谱带。共振模式服从预测的纵横比的依赖性,并表现出创纪录的高品质因数(Q高达283)在强约束制度(λ/86在最小的结构)。这些观察断言六方氮化硼作为一个有前途的平台,用于研究新的制度,轻物质相互作用和纳米光子器件工程。
2014-08-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Optical Thermometry with Quantum Emitters in Hexagonal Boron Nitride
纳米尺度光学测温是一种具有高灵敏度和高空间分辨率的非接触式局部温度测量方法。在这项工作中,我们提出了一个确定性的光学测温技术的基础上,在纳米六方氮化硼量子发射。我们表明,这些纳米温度计表现出更好的性能比同源,全光学纳米温度计的灵敏度和工作温度范围。我们通过监测各种定制微电路中特定位置的局部温度来证明它们作为纳米温度计的有效性。这项工作开辟了新的途径,纳米级的温度测量和热流研究的小型化,集成器件。
2020-03-08 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.optics
Design of photonic microcavities in hexagonal boron nitride
我们提出并设计了六方氮化硼(hBN)光子晶体腔(PCC),用于各种光子和量子应用。二维(2D)hBN薄片含有在室温下超亮且光稳定的量子发射体。为了实现这些发射器与光学谐振器的最佳耦合,因此需要由单片hBN制造腔,以使腔光学模式与发射器之间的重叠最大化。在这里,我们使用hBN的各向异性指数设计2D和1D PCC。研究了衬底和材料吸收的影响,并计算了自发发射率的增强。我们的结果是有希望的未来量子光子实验与hBN。
2017-09-11 physics.app-ph physics.comp-ph physics.optics