Large-Scale, High-Yield Laser Fabrication of Bright and Pure Single-Photon Emitters at Room Temperature in Hexagonal Boron Nitride

材料科学 飞秒 制作 光电子学 激光器 量子产额 产量(工程) 亮度 光子 光学 医学 物理 替代医学 病理 冶金 荧光
作者
Lin Gan,Danyang Zhang,Ruiling Zhang,Qiyao Zhang,Hao Sun,Yongzhuo Li,Cun‐Zheng Ning
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:16 (9): 14254-14261 被引量:72
标识
DOI:10.1021/acsnano.2c04386
摘要

Single-photon emitters (SPEs) play an important role in many optical quantum technologies. However, an efficient large-scale approach to the generation of high-quality SPE arrays remains an elusive goal at room temperature. Here, we demonstrate a scalable method of generating SPE arrays in hexagonal boron nitride (hBN) with high yield, brightness, and purity using single-pulse irradiation by a femtosecond laser. Our use of a single pulse per defect pattern minimized heat-related damages and improved the purity of SPEs compared with the previous laser-based approaches. Under the optimized fabrication and post-treatment conditions, SPE arrays were successfully generated from the 3.0 μm defect patterns with 43% yield, the highest among the 2D-based top-down approaches. Importantly, we found that 100% of the bright defect patterns are SPEs with g2(0) < 0.5 under such conditions, with the lowest g2(0) = 0.06 ± 0.03. Our SPEs also exhibit the highest brightness with the saturation SPE rate at 7.15 million counts per second. We believe that our overall high-quality and large-scale approach will help a wide range of applications of SPEs in on-chip quantum technologies.
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