基于第一性原理的缺陷极化激元

精确控制固态材料中缺陷中心的电子与光学性质，是其作为量子传感器、换能器、存储器和发射器应用的必要条件。在本研究中，我们从第一性原理出发，展示了如何通过形成缺陷极化激元来调控这些性质。具体而言，我们研究了单层六方氮化硼(hBN)中的三种缺陷类型——CHB、CB-CB和CB-VN。这些体系的最低电子激发态与光学腔耦合，我们在此探索了强光-物质耦合 regime。对于所有缺陷体系，我们表明下极化激元吸收能移所对应的极化激元分裂远大于 Jaynes-Cummings 相互作用的预期值。此外，我们发现下极化激元的吸收强度增加了数个数量级，这暗示了一条克服缺陷中心声子限制单光子发射的可能途径。最后，我们发现初始局域化的电子跃迁密度在强光-物质耦合下可变得在整个材料中离域。这些发现源于原始 hBN 及含缺陷中心 hBN 在最低电子跃迁附近存在有效的电子跃迁连续谱，其显著增强了光-物质相互作用强度。我们期望我们的发现能激发针对缺陷中心与腔光子间强光-物质耦合的实验研究，以服务于量子技术应用。