Styring af on-chip nano-optik med grafen nano-opto-mekanik

Aktiv in situ kontrol af lys på nanoskala er fortsat en udfordring i moderne fysik og i nanofotonik i særdeleshed. En lovende tilgang er at drage fordel af den teknologiske modenhed af nanoelektromekaniske systemer (NEMS) og kombinere teknologien med on-chip optik, men integrationen af ​​så små enheder med optiske felter er stadig vanskelig.

I et nyligt værk udgivet i Naturkommunikation , ICFO-forskere Dr. Antoine Reserbat-Plantey, Kevin G. Schadler, og Dr. Louis Gaudreau, ledet af ICREA-professorer ved ICFO Frank H. L. Koppens og Adrian Bachtold og ICFO-professor Darrick Chang, har præsenteret en ny type hybridsystem bestående af en on-chip grafen NEMS suspenderet et par snesevis af nanometer over nitrogen-vacancy centre (NVC'er), som er stabile, enkeltfotonemittere indlejret i nanodiamanter. Deres arbejde har bekræftet, at grafen er en ideel platform for både nanofotonik og nanomekanik.

Til deres studie, forskerne fremstillede sådan en original hybrid enhed for første gang. På grund af dets elektromekaniske egenskaber, graphene NEMS kan aktiveres og afbøjes elektrostatisk over få snesevis af nanometer med beskedne spændinger påført en gate-elektrode. Grafenbevægelsen kan således bruges til at modulere lysemissionen fra NVC, mens det udsendte felt kan bruges som en universel sonde af grafenpositionen. Den optomekaniske kobling mellem grafenforskydningen og NVC-emissionen er baseret på nærfelts dipol-dipol-interaktioner.

Forskerne kunne se, at koblingsstyrken øges kraftigt ved kortere afstande og forbedres på grund af grafens todimensionelle (2D) karakter og lineære spredning. Disse præstationer lover selektiv kontrol af emitter-arrays på chip, optisk spektroskopi af individuelle nanoobjekter, integreret optomekanisk informationsbehandling, og åbner nye veje mod kvanteoptomekanik.