色心中心与双曲声学声子极化子：六方形硼氮化物量子光学的新平台
介观与纳米尺度物理
2026-03-10 v2 光学
量子物理
摘要
六方形硼氮化物(hBN)中的双曲声学声子极化子(HPP)将中红外光压缩至亚波长尺度，可能为强光-物质相互作用提供强大的途径。通常使用经典近场探针来实现HPP的生成与控制，这限制了在量子水平上的实验。hBN研究的另一前沿聚焦于色心中心：亮度高、稳定且原子级定位的发射体，已快速成为固态量子光学的热门平台。本文通过构建一个基于hBN色心中心作为HPP量子源的腔量子电动力学框架，建立了这两个方向之间的关键联系。我们量化了发射体-HPP相互作用，并分析了两种生成方案。第一种是声子侧带中的自发辐射，可产生单个HPP事件，在极薄薄片中将变为单模态并实现增强衰减率。第二种是激励拉曼过程，提供频率选择性、可调转换率和窄带激发。该驱动启动的空间受限、射线状HPP可在微米尺度上传播。我们还概述了一种双发射体相关性测量，可直接测试这些辐射的单极化子特性。通过将色心中心量子光学与双曲极化子光学相结合，我们的方法使量子发射体能够作为HPP的芯上量子源和控制器，而HPP则提供将空间上分离的发射体耦合起来的长程信道。这些能力指向了一种新方向的中红外光子实验，旨在单一材料系统内实现强耦合、光谱选择性和空间覆盖。
引用
@article{arxiv.2602.05736,
title = {Color Centers and Hyperbolic Phonon Polaritons in Hexagonal Boron Nitride: A New Platform for Quantum Optics},
author = {Jie-Cheng Feng and Johannes Eberle and Sambuddha Chattopadhyay and Johannes Knörzer and Eugene Demler and Ataç İmamoğlu},
journal= {arXiv preprint arXiv:2602.05736},
year = {2026}
}