Hybrid integration of ensemble nitrogen-vacancy centers in single-crystal diamond based on pick-flip-and-place transfer printing

钻石 材料科学 纳米技术 纳米光刻 蚀刻(微加工) 光电子学 空位缺陷 转印 光子学 纳米结构 制作 图层(电子) 化学 复合材料 医学 结晶学 病理 替代医学
作者
Ryota Katsumi,Kosuke Takada,Shun Naruse,K. Kawai,Daichi Sato,Takeshi Hizawa,Takashi Yatsui
出处
期刊:Applied Physics Letters [American Institute of Physics]
卷期号:123 (11) 被引量:9
标识
DOI:10.1063/5.0161268
摘要

Incorporating color centers in diamond with mature integrated photonics using hybrid integration techniques such as transfer printing provides a promising route toward scalable quantum applications. However, single-crystal diamond nanostructures fabricated using current etching technologies have triangular bottoms that are unsuitable for conventional pick-and-place integration. Herein, we present an alternative approach for deterministically integrating diamond nanostructures on chip. We demonstrate the hybrid integration of a diamond triangular nanobeam containing a nitrogen-vacancy ensemble on an SiO2 chip by picking it up using a weak adhesive film, flipping it, and transferring it to a stronger one. This “pick-flip-and-place” approach provides a flat diamond-chip interface, enabling the high-yield hybrid integration regardless of the shape of diamond nanostructures. Additionally, diamond nanofabrication is facilitated by transfer-printing hard masks for diamond etching. We also show that the integrated diamond nanobeam functions as a nanoscale quantum sensor. Our proposed approach paves the way toward scalable hybrid-diamond quantum photonics.

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