氢终止纳米金刚石中的施主—受主复合发光：室温量子光子学新型单光子源
量子物理
2023-10-31 v1 介观与纳米尺度物理
光学
摘要
在由金刚烷及其他有机化合物高压合成的纳米金刚石（ND）荧光光谱中，在约 500 至 800 nm 的宽光谱范围内观测到起源未知的极窄（约 1 nm）谱线。在此，我们提出并以实验证实这些神秘谱线源于施主—受主对（DAP）的辐射复合。为验证假设，我们研究了不同尺寸未掺杂与氮掺杂 ND 在表面热氧化前后的荧光光谱。所得结果以高置信度使我们得出结论：DAP 通过金刚石晶格中类施主取代氮与氢终止 ND 表面转移掺杂效应产生的二维受主层相互作用而形成。在 100–10 K 温区发现了 DAP 诱导谱线的特殊行为：随温度降低，其能量升高且多数谱线分裂为 2 个或更多分量。研究表明，所研究的大多数 DAP 发射体为单光子源，室温下发射率高达 >100 万计数/秒，在相同探测条件下显著超越氮空位与硅空位中心。尽管观测到发射的时间不稳定性，氢终止 ND 的 DAP 发射体仍是量子光学技术中一种强有力的室温单光子源。
引用
@article{arxiv.2310.18822,
title = {Donor-acceptor recombination emission in hydrogen-terminated nanodiamond: Novel single-photon source for room-temperature quantum photonics},
author = {D. G. Pasternak and A. M. Romshin and R. H. Bagramov and A. I. Galimov and A. A. Toropov and D. A. Kalashnikov and V. Leong and A. M. Satanin and O. S. Kudryavtsev and A. L. Chernev and V. P. Filonenko and I. I. Vlasov},
journal= {arXiv preprint arXiv:2310.18822},
year = {2023}
}