Forskare från Photonics Research Group, en imec-forskningsgrupp vid universitetet i Gent och MIT tillkännagav att de har integrerat enstaka fotonemitters i 2-D skiktade material med ett fotoniskt chip av kiselnitrid. Även för måttliga kvantutbyten, dielektriska kaviteter skulle kunna utformas så att extraktion av singelfoton till det styrda läget kan nå enhet. Resultaten publicerade i Naturkommunikation , tillhandahålla ett avgörande steg i grundläggande kvantfotonik och 2D-materialforskning.

Fotoniska integrerade kretsar (PIC) möjliggör miniatyrisering av komplexa kvantoptiska kretsar som förbinder ett stort antal fotoniska enheter med optimerade insättningsförluster och fasstabilitet. En central byggsten för en sådan integrerad kvantkrets är en enkelfotonemitter (SPE), och en mängd olika materialsystem har undersökts för att skapa sådana on-chip SPE:er. 2-D-baserade SPE:er har några unika egenskaper som gör dem särskilt tilltalande för integration med PIC:er. Först, de kan enkelt kopplas samman med PIC:er och staplas ihop för att skapa komplexa heterostrukturer. Andra, på grund av deras smalhet, och frånvaron av total intern reflektion, de möjliggör mycket hög ljusutsugningseffektivitet utan behov av ytterligare bearbetning, möjliggör effektiv enkelfotonöverföring mellan värden och den underliggande PIC. Tredje, 2D-material som odlats med hög wafer-skala enhetlighet blir mer lättillgängliga.

Genom töjningsteknik i nanoskala, teamet kopplade 2-D-baserade SPE:er med en CMOS-kompatibel vågledare av kiselnitrid. Dessutom, de extraherade avgörande prestandaparametrar för den här källan och använde dem i en optimeringsanalys för att maximera extraktion av en foton och omöjlig att urskilja i det guidade läget. Det visade sig att även för måttliga kvantutbyten, dielektriska kaviteter skulle kunna utformas så att extraktion av singelfoton till det styrda läget kan nå enhet.

"Dessa resultat ger ett avgörande steg i att skala upp kvantfotoniska enheter med 2-D-baserade integrerade enstaka fotonkällor, sade Frédéric Peyskens, tidningens första författare.