六方硅烯材料中量子发射子的协同辐射
量子物理
2026-01-30 v1
摘要
众所周知，集体光子发射是量子光学学科的基石，但在在常温下运行的固态平台中实现仍极具挑战。大带隙层状材料如六方硅烯 (hBN) 宿主稳定的室温单光子发射器，具有窄 linewidth 且光谱范围广泛。然而，该系统中协同辐射效应尚未被探索。本文展示了在 hBN 层中量子发射子 ensemble 进行的集体发射，前提是发射子几乎不可区分且位于亚波长尺度的相互靠近位置。我们采用共聚焦显微镜和 Hanbury Brown-Twiss (HBT) 配置，识别了单个发射子和由局部电子束照射激活的 ensemble。时间分辨光致发射测量揭示，受紧密局域 ensemble 的强度呈超线性提升，并显著加速了辐射衰减，寿命接近实验系统的时间分辨率（约 500 ps），而单个发射子或大规模、空间上分散的 ensemble 寿命约为 1.85 ns。补充的二阶光子相关测量显示出与少数不可区分发射子一致的亚泊松抗谷。同时观察到寿命缩短和发射强度提升，为无需光学腔体或低温冷却的情况下在室温实现协同辐射提供了直接证据。这些结果将 hBN 中的光活性缺陷 ensemble 确立为面向工程化协同量子光学的可扩展二维材料平台，为实现超亮超辐射光源和非经典光子态的量子技术开辟了新途径。
引用
@article{arxiv.2601.21544,
title = {Cooperative Emission from Quantum Emitters in Hexagonal Boron Nitride Layers},
author = {Igor Khanonkin and Amir Sivan and Le Liu and Johannes Eberle and Kenji Watanabe and Takashi Taniguchi and Gadi Eisenstein and Meir Orenstein},
journal= {arXiv preprint arXiv:2601.21544},
year = {2026}
}