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物理学 > 光学

arXiv:2508.20743 (physics)
[提交于 2025年8月28日 ]

标题: 面向从MoTe$_2$量子发射器中触发生成不可区分的单光子

标题: Toward triggered generation of indistinguishable single-photons from MoTe$_2$ quantum emitters

Authors:Paweł Wyborski, Athanasios Paralikis, Pietro Metuh, Martin A. Jacobsen, Christian Ruiz, Niels Gregersen, Battulga Munkhbat
摘要: 单光子源在通信波段运行是长距离光量子通信和信息处理的基本组件。二维(2D)过渡金属二硫化物(TMDs)为这类源提供了一个有前景的平台,但其发展受到光谱范围有限和单光子不可区分性差的阻碍。在这里,我们展示了一种可重复且系统的方法,在双层MoTe$_2$中生成近红外(1090-1200 nm)量子发射器,方法是利用确定性应变和缺陷工程。这些发射器表现出强线性偏振(DOLP$>70\%$),亚纳秒寿命($\tau \leqslant$ ~450 ps),高单光子纯度($g^{(2)}(0)<0.1$)和分辨率限制的发射($\sim$200 $\mu$eV)。 静电偏置实现了在$\sim$3 meV 范围内的斯塔克调谐,减少了光子聚束,并显著缩短了辐射寿命,从而实现了窄发射,实验线宽与变换极限线宽的比值低至$R\sim55$。 最显著的是,双光子干涉测量结果显示了 Hong-Ou-Mandel 可见度为$V_\text{HOM}\sim $10$\%$,并通过时间滤波进行后选择时可达$V_\text{HOM}\sim$ 40$\%$,这代表了任何 TMD 量子发射器报道的最高不可区分性,并且是近红外区域的首次此类演示。 这些结果确立了 MoTe$_2$作为一个可行的平台,用于可调、低噪声、高纯度的单光子源,具有良好的不可区分性,为其集成到电信兼容的量子光子技术中铺平了道路。
摘要: Single-photon sources operating in the telecom band are fundamental components for long-distance optical quantum communication and information processing. Two-dimensional (2D) transition metal dichalcogenides (TMDs) offer a promising platform for such sources, but their development has been hindered by limited spectral range and poor single-photon indistinguishability. Here, we demonstrate a reproducible and systematic approach for generating near-infrared (1090-1200 nm) quantum emitters in bilayer MoTe$_2$ using deterministic strain and defect engineering. These emitters exhibit strong linear polarization (DOLP $>70\%$), sub-nanosecond lifetimes ($\tau \leqslant$ ~450 ps), high single-photon purity ($g^{(2)}(0)<0.1$), and resolution-limited emission ($\sim$200 $\mu$eV). Electrostatic biasing enables Stark tuning over a $\sim$3 meV range, reduced photon bunching, and significantly shortened radiative lifetimes, yielding narrow emission with ratios of experimental to transform-limited linewidths as low as $R\sim55$. Most notably, two-photon interference measurements reveal a Hong-Ou-Mandel visibility of $V_\text{HOM}\sim $10$\%$, and up to $V_\text{HOM}\sim$ 40$\%$ with post-selection by temporal filtering, representing the highest reported indistinguishability for any TMD quantum emitters and the first such demonstration in the near-infrared regime. These results establish MoTe$_2$ as a viable platform for tunable, low-noise, high-purity single-photon sources with promising indistinguishability, paving the way for their integration into telecom-compatible quantum photonic technologies.
主题: 光学 (physics.optics) ; 中尺度与纳米尺度物理 (cond-mat.mes-hall); 材料科学 (cond-mat.mtrl-sci); 量子物理 (quant-ph)
引用方式: arXiv:2508.20743 [physics.optics]
  (或者 arXiv:2508.20743v1 [physics.optics] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2508.20743
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI

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来自: Battulga Munkhbat [查看电子邮件]
[v1] 星期四, 2025 年 8 月 28 日 13:04:01 UTC (10,306 KB)
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