18:07 2024-04-02 science - citeste alte articole pe aceeasi tema
Comentarii Adauga Comentariu

_ Un singur emițător de fotoni cuplat determinist la o stare topologică de colț

_ Un singur emițător de fotoni cuplat determinist la o stare topologică de colț

Explorarea electrodinamicii cuantice cavității (cQED) este esențială pentru avansarea tehnologiei cuantice și pentru dezvăluirea complexităților fundamentale ale interacțiunilor lumină-materie. O strategie predominantă implică integrarea unui singur emițător cuantic în microcavități fotonice cu factori de înaltă calitate (Q) sau volume mici de mod. Puterea cuplării în cQED este adesea evaluată folosind factorul Purcell, un parametru vital.

Punctele cuantice semiconductoare (QD) în stare solidă apar drept candidați promițători datorită structurii lor cu două energii asemănătoare atomului. și compatibilitatea cu procesele contemporane de fabricare a semiconductoarelor pentru integrarea microcavității. Cu toate acestea, provocările apar din dezordinea structurală sau defectele introduse în timpul procesului de fabricație, care afectează în detrimentul performanței.

În acest context, optica topologică apare ca o soluție promițătoare datorită robusteței lor topologice intrinseci. Starea de colț topologică de ordin superior, care oferă un volum de mod mai mic, produce un factor Purcell mai mare sau divizare Rabi în vid, chiar și cu un factor Q modest.

Cu toate acestea, provocările persistă în cuplarea QD-urilor unice la topologice extrem de limitate. cavități, în primul rând datorită distribuției spațiale aleatorii a QD-urilor în timpul procesului de creștere. Încercările anterioare au întâmpinat dificultăți în realizarea unei îmbunătățiri semnificative a interacțiunilor lumină-materie.

Într-o publicație recentă în Light: Science & Applications, echipa de cercetare condusă de prof. Ying Yu și prof. Jianwen Dong de la Sun Yat Universitatea -sen demonstrează cuplarea deterministă inițială a unui singur QD la o stare topologică de colț. Această realizare folosește robustețea topologică pentru a modifica structura, utilizând o tehnică de imagistică cu fotoluminiscență cu câmp larg (PL). Prin rezonanță, ei observă un factor Purcell notabil de 3,7 și o emisie polarizată de un singur foton.

Structura este concepută pe baza stării colțului 0D, o caracteristică a unui cristal fotonic topologic de ordinul doi de tip plăci ( PhC). Topologia benzii PhC provine din polarizarea dipolară a muchiei cuantificate, marcată de o fază Zak 2D.

Structura PhC adoptă o definiție distinctivă a celulei unitare cu o rețea pătrată, reprezentată de regiunile roșii și albastre din Fig. 1a. În consecință, fazele Zak corespunzătoare fiecărei regiuni diferă. Combinarea acestor PhC distincte, așa cum se arată în Fig. 1a, dă naștere unei stări de colț, o convergență a celor două seturi de polarizare a interfeței 1D, așa cum este prezentat în Fig. 1b.

Cu toate acestea, în această cavitate, singurul QD este poziționat în imediata apropiere a suprafeței gravate uscat, ceea ce poate duce la difuzie spectrală sau clipire din cauza cuplării cu stările de suprafață și capcanele de încărcare. Pentru a rezolva această problemă, designul este ajustat prin eliminarea orificiului de aer central, așa cum este ilustrat în Fig. 1c.

Deoarece starea colțului este garantată în mod inerent de proprietatea topologică a polarizării dipolare a marginilor, ea rămâne neafectată de slabă. perturbări, cum ar fi orificiul de aer eliminat. Fig. 1d ilustrează profilul stării colțului cu orificiul central reinstalat. După repunerea găurii centrale, starea colțului rămâne aproape intactă, prezentând un factor Q mai mare, un volum de mod modest și o distanță mai mare (~100 nm) între QD și suprafața gravată.

Experimental, cavitatea topologică este fabricată în mod determinist în jurul QD țintă folosind o tehnică de imagistică PL cu câmp larg. Figurile. 2a–b prezintă imaginile PL ale dispozitivului înainte și după fabricarea cavității, dezvăluind clar QD-ul unic vizat (punctul luminos) în centrul stării de colț creat.

Prin ajustarea temperaturii, QD-ul țintă este reglat fin pe toată rezonanța stării de colț, așa cum este ilustrat în Fig. 2c. Un factor Purcell de aproximativ 3,7 este demonstrat atunci când QD rezonează cu starea de colț, așa cum se arată în Fig. 2d. Se efectuează o măsurare a corelației Hanbury Brown și Twiss pentru a evalua puritatea unui singur foton, indicând o probabilitate scăzută de multi-fotoni de g(2)(0) ~ 0,024 ± 0,103.

În rezumat, cercetătorii demonstrează că cuplarea deterministă inițială a unui singur QD cu o stare de colț, valorificând robustețea topologică și tehnicile de poziționare precise. Prin reglarea temperaturii, ei obțin un factor Purcell la rezonanță de 3,7.

Dispozitivul prezintă, de asemenea, emisie polarizată de un singur foton, cu o puritate a unui singur foton g(2)(0) de până la 0,024 ± 0,103. Această descoperire extinde potențialul fazelor topologice de ordin superior pentru aplicații avansate în manipularea interacțiunilor lumină-materie la nivel cuantic.

(Fluierul)

Inapoi