hBN 中颜色中心的高性能近红外量子发射
量子物理
2026-04-27 v2 光学
摘要
hexagonal 硼氮化物(hBN)中的颜色中心已成为单光子发射和自旋-光子技术的高度有前景平台，相关技术适用于量子通信和量子网络。作为带宽广的层状硅烯材料，hBN 可容纳跨越宽广光谱范围的光活性量子缺陷。本文展示了一种简单可扩展的氧气等离子体工艺，能够可重复制备 hBN 中的单光子发射器，其零光子线 spanned from 700 到 971 nm，且无闪烁现象。这些发射器具备 MHz 级亮度、最高达99.9%的单光子纯度，以及在准共振激发下最短可达2.7 GHz 的超窄低温线宽，使其处于量子光子学中尤为有吸引力的 regime。光稳性测量进一步显示其抗光漂白能力、长时间尺度下的亚纳米光谱稳定性以及接近信噪比极限的强度波动。分析声子侧带显示其声子耦合较弱、以零光子线为主导的发射，Debye-Waller 因子接近50%。控制实验及 EDS 元素映射支持氧原子掺杂是激活 NIR 发射器种群的必要条件，而第一性原理计算则确定 OV 和 OVH 为主要缺陷候选者。这些结果为 hBN 中的高性能 NIR 量子发射器平台奠定了基础，适用于自由空间量子网络及未来集成量子光子系统。
引用
@article{arxiv.2512.16197,
title = {High-Performance Near-Infrared Quantum Emission from Color Centers in hBN},
author = {Sean Doan and Sahil D. Patel and Yilin Chen and Jordan A. Gusdorff. Mark E. Turiansky and Luis Villagomez and Luka Jevremovic and Nicholas Lewis and Kenji Watanabe and Takashi Taniguchi and Lee C. Bassett and Chris Van de Walle and Galan Moody},
journal= {arXiv preprint arXiv:2512.16197},
year = {2026}
}