2-D-baserede enkelt fotonemittere integreret med CMOS-kompatible siliciumnitridbølgeledere

Forskere fra Photonics Research Group, en imec-forskergruppe ved Ghent-universitetet og MIT annoncerede, at de har integreret enkelt fotonemittere i 2-D-lagdelte materialer med en fotonisk siliciumnitridchip. Selv for moderate kvanteudbytter, dielektriske hulrum kunne udformes således, at den enkelt fotonekstraktion i den guidede tilstand kan nå sammen. Resultaterne offentliggjort i Naturkommunikation , give et afgørende skridt inden for grundlæggende kvantefotonik og 2-D-materialeforskning.

Fotoniske integrerede kredsløb (PIC'er) muliggør miniaturisering af komplekse kvanteoptiske kredsløb, der forbinder et stort antal fotoniske enheder med optimerede indsættelsestab og fasestabilitet. En central byggesten til et sådant integreret kvantekredsløb er en enkelt fotonemitter (SPE), og en række materialesystemer er blevet undersøgt for at skabe sådanne on-chip SPE'er. 2-D-baserede SPE'er har nogle unikke egenskaber, der gør dem særligt tiltalende for integration med PIC'er. Først, de kan let forbindes med PIC'er og stables sammen for at skabe komplekse heterostrukturer. Sekund, på grund af deres tyndhed, og fraværet af total intern refleksion, de muliggør meget høje lysekstraktionseffektiviteter uden behov for yderligere behandling, muliggør effektiv enkelt fotonoverførsel mellem værten og den underliggende PIC. Tredje, 2-D-materialer dyrket med høj ensartethed i skiver bliver lettere tilgængelige.

Gennem nanoskala belastningsteknik, teamet koblede 2-D-baserede SPE'er med en CMOS-kompatibel siliciumnitridbølgeleder. I øvrigt, de ekstraherede afgørende præstationsparametre for denne kilde og brugte dem i en optimeringsanalyse for at maksimere enkelt fotonekstraktion og ikke kunne skelnes til den guidede tilstand. Det blev fundet, at selv for moderate kvanteudbytter, dielektriske hulrum kunne udformes således, at den enkelt fotonekstraktion i den guidede tilstand kan nå sammen.

"Disse resultater er et afgørende trin i opskalering af kvantefotoniske enheder ved hjælp af 2-D-baserede integrerede enkeltfotonkilder, "sagde Frédéric Peyskens, første forfatter til papiret.