耦合于凹形等离激元纳米谐振腔的超辐射金刚石色心阵列

已优化不同类型的凹形等离激元纳米谐振腔，以实现金刚石中SiV色心的超辐射增强发射。我们开展了比较研究，考量了不同数目N的SiV色心、不同的金刚石-银（裸）与金刚石-银-金刚石（包覆）核壳纳米谐振腔类型，以及球形与椭球形几何结构的优势。完整的荧光增强（由Px因子表征）监测与经cQE修正量子效率加权的PxcQE目标函数优化，有助于设计用于等离激元Dicke效应的坏腔。通过优化纳米谐振腔切换到集体Dicke态，导致辐射功率正比于N^2，这表现为激发速率与发射速率均呈现正比于N的增强。据此，在所有受检纳米谐振腔类型中，由四个和六个以对称方形与六边形图案排布的SiV色心，均实现了Px因子与PxcQE正比于N^2的增强。包覆球形与裸椭球形纳米谐振腔产生更强的非合作荧光增强，而超辐射通过裸球形纳米谐振腔（与SiV色心数目无关）以及由四个（六个）SiV色心植入的包覆（裸）椭球形纳米谐振腔得以更好地实现。通过裸纳米谐振腔实现了四个色心的不可区分超辐射态与线宽窄化。六个色心植入的裸球形（椭球形）纳米谐振腔产生更大的荧光增强并更显著地越过超辐射阈值，同时具有略强（略弱）的坏腔特征。两种现象在植入六个色心且失谐略大的椭球形裸纳米谐振腔中同时得到优化。