六方氮化硼中的色心与双曲声子极化激元:量子光学研究新平台

六方氮化硼(hBN)中的双曲声子极化激元(HPPs)能将中红外光限制在深亚波长尺度,为实现强光-物质相互作用提供了新途径。传统研究通常采用经典近场探针来产生和控制HPPs,这限制了量子层面的实验探索。hBN研究的另一个前沿方向聚焦于色心——这种明亮稳定、原子级局域的发光中心正迅速成为固态量子光学的理想平台。本研究通过构建腔量子电动力学框架,首次将这两个方向有机结合:利用单个hBN色心作为HPPs的量子光源。研究人员量化了发射体与HPPs的相互作用,并分析了两种产生机制:其一是声子边带自发辐射,可在超薄hBN片中实现单模增强的单HPP事件;其二是受激拉曼过程,该过程具有频率选择性、可调转换率和窄带激发特性,能产生空间局域、射线状传播的HPPs(传输距离达微米量级)。该工作还提出通过双发射体关联测量直接验证发射的单极化激元特性。通过将色心量子光学与双曲极化激元学相结合,该体系实现了量子发射体对HPPs的片上量子调控,同时HPPs为空间分离的发射体提供了长程耦合通道。这些突破性能力为中红外光子实验开辟了新方向,在单一材料体系中同时实现了强耦合、光谱选择性和空间扩展性。
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作者单位: VIP可见
提交arXiv: 2026-02-05 15:01

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