1770072225
2026-02-02 22:25:00
Ученые все больше внимания уделяют достижению коллективного излучения света в твердотельных материалах при комнатной температуре, что исторически трудно осуществить. Игорь Ханонкин, Амир Сиван (Технион – Израильский технологический институт) и Ле Лю вместе с Йоханнесом Эберле, Кенджи Ватанабэ (Национальный институт материаловедения, NIMS) и Такаши Танигучи сообщают о наблюдении кооперативного излучения квантовых эмиттеров в гексагональных слоях нитрида бора. Их работа, подробно описанная в этой статье, важна, поскольку она демонстрирует сверхизлучение, усиленное и ускоренное излучение света из этих ансамблей дефектов без необходимости криогенного охлаждения или сложных оптических резонаторов. Этот прорыв делает hBN многообещающей масштабируемой платформой для разработки передовых фотонных технологий, включая сверхяркие источники света и новые квантовые состояния?
Исследовательская группа идентифицировала и активировала эти ансамбли с помощью конфокальной микроскопии и конфигурации Хэнбери Брауна-Твисса, используя локализованное электронно-лучевое облучение для создания почти неразличимых излучателей в непосредственной близости. Измерения фотолюминесценции с временным разрешением выявили сверхлинейное увеличение интенсивности и выраженное ускорение радиационного распада внутри этих плотно ограниченных ансамблей, время жизни которых приближается к пределам их экспериментальной системы и составляет примерно 500 пс. Это представляет собой значительное сокращение по сравнению со временем жизни в 1,85 нс, наблюдаемым в одиночных излучателях или в более крупных, пространственно протяженных ансамблях.
Исследование устанавливает, что эти ускоренные темпы затухания и повышенная интенсивность излучения являются прямым доказательством кооперативного излучения — явления, при котором несколько излучателей действуют коллективно, усиливая световой поток. Дополнительные измерения корреляции фотонов второго порядка еще раз подтвердили это совместное поведение, продемонстрировав субпуассоновские антипровалы, соответствующие излучению, происходящему от нескольких неразличимых излучателей. Исследователи тщательно сравнили одиночные B-центры, демонстрирующие радиационное время жизни около 1,85 нс, с локализованными ансамблями, содержащими примерно 1, 2, 3 и 4 излучателя, наблюдая систематическое и монотонное ускорение радиационного распада по мере увеличения числа излучателей. Этот детальный анализ подчеркивает коллективный характер наблюдаемого излучения и его зависимость от количества взаимодействующих излучателей внутри ансамбля.
Эта работа устанавливает оптически активные ансамбли дефектов в hBN как масштабируемую твердотельную платформу для инженерной коллективной оптики в двумерных материалах. Возможность достижения кооперативного излучения при комнатной температуре без сложных экспериментальных установок открывает возможности для создания сверхярких источников сверхизлучения и генерации неклассических фотонных состояний. Эти достижения имеют важное значение для квантовых технологий, потенциально позволяя разрабатывать более эффективные и надежные квантовые устройства. Результаты команды демонстрируют потенциал эмиттеров на основе hBN в качестве строительных блоков для будущих квантовых фотонных схем и приложений, открывая путь для инновационных технологий в области квантовой связи и зондирования.
Картирование и характеристика ансамбля дефектов HBN выявили критические
Ученые исследовали коллективное излучение света от ансамблей дефектов B-центров в слоях гексагонального нитрида бора (hBN) при комнатной температуре. В исследовании использовалась конфокальная микроскопия и конфигурация Хэнбери Брауна-Твисса (HBT) для идентификации и характеристики как изолированных излучателей, так и ансамблей, активированных локализованным электронно-лучевым облучением. Исследователи использовали сканирующую электронную микроскопию (СЭМ) для изображения хлопьев hBN после облучения, выявляя активированные участки дефектов и позволяя идентифицировать области, содержащие ансамбли. Затем сканирование конфокальной фотолюминесценции (ФЛ) в широком поле составило карту пространственного распределения этих ансамблей дефектов, точно определяя области повышенного излучения.
Для количественной оценки радиационной динамики были проведены измерения ФЛ с временным разрешением, показавшие сверхлинейное усиление интенсивности и выраженное ускорение радиационного распада внутри плотно ограниченных ансамблей. Команда наблюдала время жизни, приближающееся к пределу временного разрешения примерно в 500 пс, что является значительным сокращением по сравнению со временем жизни в 1,85 нс, измеренным для одиночных излучателей или более крупных, пространственно расширенных ансамблей. Дополнительные измерения корреляции фотонов второго порядка продемонстрировали субпуассоновские антипровалы, указывающие на излучение, происходящее от нескольких неразличимых излучателей. Такое сочетание сокращения срока службы и увеличения эмиссии предоставило прямое доказательство кооперативной эмиссии, происходящей при комнатной температуре, достигаемой без необходимости использования оптических резонаторов или криогенного охлаждения.
В работе систематически сравнивались одиночные B-центры, демонстрирующие радиационное время жизни τ ≈ 1,85 нс, с локализованными ансамблями, содержащими оценочное количество 1, 2, 3 и 4 эмиттеров. Это сравнение выявило монотонное ускорение радиационного распада, сопровождающееся сверхлинейным увеличением интенсивности излучения. Исследовались также протяженные участки, подвергнутые длительному облучению (доза электронов 4,5 × 10¹³), генерирующему высокие плотности B-центров. СЭМ-изображение и картирование ФЛ подтвердили наличие пространственно-диффузного излучения, но измерения ФЛ с временным разрешением выявили моноэкспоненциальные затухания длительностью 1,85 нс, идентичные изолированным одиночным излучателям, демонстрируя отсутствие кооперативных эффектов в больших расширенных ансамблях.
Исследователи дополнительно усовершенствовали экспериментальную установку, выполнив несколько локализованных облучений, создав плотно расположенные участки дефектов. Карты конфокальной люминесценции выявили пространственное расположение этих излучателей, что позволило напрямую сравнить пространственно разделенные конфигурации и конфигурации субволновой близости. Измерения корреляции фотонов второго порядка для близко расположенных эмиттеров показали субпуассоновский антипровал группировки g(2)(0) ≈0,62, в то время как трассы ФЛ с временным разрешением показали ускоренный затухание 1,25 нс, в отличие от затухания 1,84 нс, наблюдаемого для пространственно разделенных эмиттеров. Этот инновационный подход позволил реализовать твердотельную реализацию коллективного излучения при комнатной температуре на двумерной материальной платформе, открыв путь для приложений в сверхярких сверхизлучающих источниках света и неклассических фотонных состояниях.
Ускоренный радиационный распад в ограниченных ансамблях hBN приводит
Ученые продемонстрировали коллективное излучение ансамблей эмиттеров в слоях гексагонального нитрида бора (hBN) при комнатной температуре. В ходе исследования идентифицируются как изолированные излучатели, так и ансамбли, активированные локализованным электронно-лучевым облучением с использованием конфокальной микроскопии и конфигурации Хэнбери Брауна-Твисса. Измерения фотолюминесценции с временным разрешением выявили сверхлинейное увеличение интенсивности и выраженное ускорение радиационного распада в плотно ограниченных ансамблях со временем жизни, приближающимся к временному разрешению экспериментальной системы примерно 500 пс. Это представляет собой значительное сокращение по сравнению с 1,85 нс, наблюдаемыми для одиночных излучателей или больших пространственно протяженных ансамблей.
В экспериментах было измерено систематическое и монотонное ускорение радиационного распада по мере увеличения числа излучателей в ансамбле. Команда наблюдала время жизни ансамблей ниже 500 пс, что существенно меньше 1,85 нс, характерных для отдельных излучателей. Дополнительные измерения корреляции фотонов второго порядка выявили субпуассоновские антипровалы, что согласуется с излучением, исходящим от нескольких неразличимых излучателей. Эти измерения подтверждают квантовую природу наблюдаемого коллективного излучения, указывая на когерентное поведение между излучателями. Результаты демонстрируют прямую корреляцию между сокращением срока службы и усилением излучения, предоставляя убедительные доказательства совместного излучения при комнатной температуре без необходимости использования оптических резонаторов или криогенного охлаждения.
В результате исследования были установлены оптически активные ансамбли дефектов в hBN как масштабируемая твердотельная платформа для инженерной коллективной оптики в двумерных материалах. Ученые оценивают количество излучателей в наблюдаемых ансамблях в 1, 2, 3 и 4, коррелируя эти числа со степенью ускорения радиационного распада. Этот прорыв открывает потенциальный путь к созданию сверхярких сверхизлучающих источников света и неклассических фотонных состояний для квантовых технологий. Измерения подтверждают, что наблюдаемое сверхизлучение — это не просто масштаб интенсивности и времени жизни, как предсказывает модель Дике, но на него влияют геометрия ансамбля и ориентация диполей эмиттера. Немедленное начало и воспроизводимость сокращения срока службы превращают эти ансамбли дефектов с несколькими эмиттерами в твердотельную реализацию коллективного излучения при комнатной температуре на двумерной материальной платформе, открывая новые возможности для исследований и применения.
Ускоренная эмиссия эмиттеров нитрида бора
Ученые продемонстрировали кооперативное спонтанное излучение ансамблей оптически активных дефектов в гексагональном нитриде бора при комнатной температуре. Идентифицировав небольшие группы почти неразличимых излучателей B-центров в субволновом объеме, они наблюдали выраженное ускорение радиационного распада, сопровождающееся повышенной интенсивностью излучения. Измерения фотолюминесценции с временным разрешением в плотно ограниченных ансамблях показали значительное сокращение радиационного времени жизни, достигающее значений, близких к временному разрешению системы обнаружения для некоторых ансамблей, а также усиление фотолюминесценции, которое суперлинейно масштабировалось в зависимости от количества эмиттеров. Дополнительные измерения корреляции фотонов второго порядка подтвердили излучение нескольких излучателей B-центров и установили кооперативный характер наблюдаемой динамики.
#Исследователи #продемонстрировали #коллективное #излучение #ансамблей #гексагональных #эмиттеров #из #нитрида #бора
По теме
