[논문 리뷰] Creation of multiple identical single photon emitters in diamond

Lachlan J. Rogers, Kay D. Jahnke외 9명|arXiv (Cornell University)|2013. 10. 14.

Diamond and Carbon-based Materials Research인용 수 1

한 줄 요약

이 논문은 저응력의 벌크 다이아몬드에서 실리콘빈약(SiV−) 중심을 활용하여, 상호 동일한 단일 광자 발광체를 다량 생성하는 것을 입증한다. SiV− 중심은 최대 91%의 내재 스펙트럼 겹침과 거의 변환제한된 스펙트럼 폭을 나타낸다. 이 방법은 외부 안정화 장치 없이도 확장 가능하고 고정성의 광자 소스를 가능하게 하여 양자광학 및 생물영상 분야의 발전에 기여한다.

ABSTRACT

Emitters of indistinguishable single photons are crucial for the growing field of quantum technologies. To realize scalability and increase the complexity of quantum optics technologies, multiple independent yet identical single photon emitters are also required. However typical solid-state single photon sources are inherently dissimilar, necessitating the use of electrical feedback or optical cavities to improve spectral overlap between distinct emitters. Here, we demonstrate bright silicon-vacancy (SiV-) centres in low-strain bulk diamond which intrinsically show spectral overlap of up to 91% and near transform-limited excitation linewidths. Our results have impact upon the application of single photon sources for quantum optics and cryptography, and the production of next generation fluorophores for bio-imaging.

연구 동기 및 목표

• 양자 기술에 필수적인 다량의 동일한 단일 광자 발광체를 위한 확장 가능한 플랫폼을 개발하기 위해.
• 외부 피드백 또는 공진기 없이도 고체상 단일 광자 소스의 내재적 스펙트럼 비균일성을 극복하기 위해.
• 저응력 벌크 다이아몬드 내 실리콘빈약 중심에서 내재된 스펙트럼 안정성과 좁은 스펙트럼 폭을 입증하기 위해.
• 양자광학, 양자 암호화, 그리고 생물영상용 차세대 형광체 응용 분야에 실용적인 기여를 하기 위해.

제안 방법

• 저응력의 벌크 다이아몬드 내 실리콘빈약(SiV−) 중심을 활용하여 스펙트럼 비균일성을 최소화하기 위해.
• 저응력 다이아몬드 기판을 사용하여 응력에 기인한 스펙트럼 이동을 감소시키고 발광체의 균일성을 향상시키기 위해.
• 서로 다른 발광체 간의 스펙트럼 겹침과 자극 스펙트럼 폭을 측정하여 동일성과 간섭성의 정도를 평가하기 위해.
• 고품질 단일 광자 방출을 평가하기 위한 근접 변환제한 스펙트럼 폭을 사용하기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 저응력 다이아몬드 내 실리콘빈약 중심이 외부 스펙트럼 조정 없이도 높은 스펙트럼 겹침을 달성할 수 있는가?
• RQ2 저응력 다이아몬드 내 SiV− 중심의 내재적 특성이 거의 변환제한 스펙트럼 폭을 얼마나 잘 구현할 수 있는가?
• RQ3 이 방법을 통해 다량의 동일한 단일 광자 발광체를 확장 가능하고 안정적으로 생성할 수 있는가?
• RQ4 SiV− 중심의 스펙트럼 겹침은 다른 고체상 발광체에 비해 동일성 측면에서 어떻게 비교되는가?

주요 결과

• 저응력 다이아몬드 내 실리콘빈약(SiV−) 중심은 최대 91%의 내재 스펙트럼 겹침을 나타내어 높은 동일성을 입증한다.
• 발광체는 거의 변환제한 스펙트럼 폭을 보이며, 높은 스펙트럼 순도와 간섭성을 확인한다.
• 외부 피드백 또는 광학 공진기를 사용하지 않더라도 높은 스펙트럼 겹침을 달성할 수 있어 확장 가능한 통합이 가능하다.
• 높은 광자 동일성 덕분에 이 결과는 양자광학 및 양자 암호화 분야에서 큰 잠재력을 지닌다.
• 이러한 발견는 더 높은 스펙트럼 안정성과 밝기로 향상된 차세대 형광체 개발을 뒷받침한다.