低损耗等离激元纳米腔增强六方氮化硼中自旋缺陷的发光
光学
2023-01-25 v1 介观与纳米尺度物理
摘要
二维六方氮化硼(hBN)已知承载多种量子发射体，其性质适用于广泛的量子光子学应用。其中，具有光可寻址自旋态的负电荷硼空位(VB-)缺陷因其在量子传感中的潜在用途近期崭露头角。与块体晶体中的自旋缺陷相比，VB-在距hBN表面纳米尺度距离处仍保持其自旋相干特性，从而实现纳米尺度量子传感。另一方面，VB-的低量子效率阻碍了其实际应用。若干研究报道了利用等离激元效应提升VB-缺陷的整体量子效率；然而，迄今报道的最高仅约17倍的增强相对有限。在本研究中，我们探索并展示了利用超低损耗纳米贴片天线(NPA)结构对VB-远更高的发射增强。对于NPA耦合的VB-缺陷，观察到高达250倍的整体强度增强。由于激光光斑超出发生增强的NPA区域，计算得出NPA提供的实际增强约为1685倍，较既往报道结果显著提升。重要的是，在此极强增强下光探测磁共振(ODMR)对比度得以保持。我们的结果不仅确立了NPA耦合VB-缺陷作为弱激光功率下工作的高分辨率磁场传感器，也为获取单个VB-缺陷提供了有前景的途径。
引用
@article{arxiv.2207.08357,
title = {Greatly Enhanced Emission from Spin Defects in Hexagonal Boron Nitride Enabled by a Low-Loss Plasmonic Nano-Cavity},
author = {Xiaohui Xu and Abhishek. B. Solanki and Demid Sychev and Xingyu Gao and Samuel Peana and Aleksandr S. Baburin and Karthik Pagadala and Zachariah O. Martin and Sarah N. Chowdhury and Yong P. Chen and Ilya A. Rodionov and Alexander V. Kildishev and Tongcang Li and Pramey Upadhyaya and Alexandra Boltasseva and Vladimir M. Shalaev},
journal= {arXiv preprint arXiv:2207.08357},
year = {2023}
}
备注
17 pages, 4 figures