All-optical control of charge-trapping defects in rare-earth doped oxides

兴奋剂 稀土 俘获 纳米材料 材料科学 电荷(物理) 载流子 纳米技术 光电子学 物理 冶金 生态学 量子力学 生物
作者
Leonardo V. S. França,S. Doshi,Haitao Zhang,Tian Zhong
出处
期刊:Nanophotonics [De Gruyter]
标识
DOI:10.1515/nanoph-2024-0635
摘要

Abstract Charge-trapping defects in crystalline solids play important roles in applications ranging from microelectronics, optical storage, sensing and quantum technologies. On one hand, depleting trapped charges in the host matrix reduces charge noise and enhances coherence of solid-state quantum emitters. On the other hand, stable charge traps can enable high-density optical storage systems. Here we report all-optical control of charge-trapping defects via optical charge trapping (OCT) spectroscopy of a rare-earth ion doped oxide (Y 2 O 3 ). Charge trapping is realized by low intensity optical excitation in the 200–375 nm range. Charge detrapping or depletion is carried out by optically stimulated luminescence (OSL) under 532 nm stimulation. Using a Pr-doped Y 2 O 3 polycrystalline ceramic host matrix, we observe charging pathways via the inter-band optical absorption of Y 2 O 3 and via the 4f-5d transitions of Pr 3+ . We demonstrate effective control of the density of trapped charges within the Y 2 O 3 matrix at ambient environment. These results point to a viable method for controlling the local charge environment in rare-earth doped crystals via all-optical means, and pave the way for further development of efficient optical storage technologies with ultrahigh storage capacity, as well as for the localized control of quantum coherence in rare-earth doped solids.

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