Источники одиночных фотонов. Обзор. Часть 3

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Статья продолжает обзор источников одиночных фотонов, в котором рассматриваются различные способы создания однофотонных источников (ИОФ). Ранее в первой части обзора (Photonics Russia. 2024; 18(5): 376–396) обсуждались требования к однофотонным источникам и критерии их характеризации, описывались источники одиночных фотонов на основе одиночных ионов и на основе одиночных атомов. ИОФ на квантовых точках и на центрах окраски в кристаллах были рассмотрены во второй части обзора (Photonics Russia. 2024; 18(8): 610–620). В третьей части рассмотрены однофотонные источники на углеродных нанотрубках и дефектах в них (инженерия дефектов в нанотрубках), на нанокристаллах и слоистых нанокристаллах.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

В. Г. Криштоп

Институт проблем технологии микроэлектроники РАН; АО «ИнфоТеКС»; Московский физико-технический институт

Автор, ответственный за переписку.
Email: vladimir.krishtop@infotecs.ru
ORCID iD: 0000-0001-6063-2657
Россия, Моск. обл., Черноголовка; Москва; Моск. обл., Долгопрудный

Список литературы

  1. A. Högele, C. Galland, M. Winger, A. Imamoğlu. Photon Antibunching in the Photoluminescence Spectra of a Single Carbon Nanotube. Phys. Rev. Lett. 2008; 100(21): 217401. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.100.217401
  2. R. Saito, G. Dresselhaus, M. S. Dresselhaus. Physical Properties of Carbon Nanotubes. Imperial College Press. London. 1998).
  3. А. В. Сюй, В. И. Строганов, В. В. Криштоп, В. А. Максименко. Оптические свойства наноматериалов. Т. 1. Кристаллы. – под ред. А. В. Сюй – Хабаровск: Изд-во ДВГУПС, 2008.
  4. M. Filchakova, V. Saik. Single-walled carbon nanotubes: structure, properties, applications, and health & safety. 2021; May 13. Tuball.com
  5. P. Avouris, M. Freitag, V. Perebeinos. Carbon-nanotube photonics and optoelectronics. Nature Photonics. 2008–06; 2(6): 341–350. https://doi.org/10.1038/nphoton.2008.94
  6. A. Ishii, T. Uda, Y. K. Kato. Room-temperature single photon emission from micron-long air-suspended carbon nanotubes. Phys. Rev. Applied. 2017;8:054039. https://doi.org/10.1103/PhysRevApplied.8.054039
  7. Y. Miyauchi, M. Iwamura, S. Mouri, T. Kawazoe, M. Ohtsu, K. Matsuda. Brightening of excitons in carbon nanotubes on dimensionality modification. Nature Photonics. 2013;7: 715–719. http://dx.doi.org/10.1038/nphoton.2013.179
  8. H. Zhang, Z. Zhou, J. Qiu, P. Chen, W. Sun. Defect engineering of carbon nanotubes and its effect on mechanical properties of carbon nanotubes/polymer nanocomposites: A molecular dynamics study. Composites Communications. 2021; 28:100911. https://doi.org/10.1016/j.coco.2021.100911
  9. A. Thomas, L. Heinemann, A. Ramírez, A. Zehe. Options for the Development of Noninvasive Glucose Monitoring. Journal of Diabetes Science and Technology. 2015;10(3): 782–789. https://doi.org/10.1177/1932296815616133
  10. E. G. Rakov. The chemistry and application of carbon nanotubes. Russian Chemical Reviews, 2001; 70(10): 827–863. https://doi.org/10.1070/rc2001v070n10abeh000660
  11. O. E. Glukhova, A. S. Kolesnikova, G. V. Torgashov, Z. I. Buyanova. Elastic and electrostatic properties of bamboo-shaped carbon nanotubes. Physics of the Solid State. 2010;52(6): 1323–1328. https://doi.org/10.1134/s1063783410060326
  12. Y. Piao, B. Meany, L. R. Powell, N. Valley, H. Kwon, G. C. Schatz, Y. Wang. Brightening of Carbon Nanotube Photoluminescence through the Incorporation of sp3 Defects. Nature Chemistry. 2013;5:840–845. https://doi.org/10.1038/nchem.1711
  13. X. He, N. F. Hartmann, X. Ma, Y. Kim, R. Ihly, J. L. Blackburn, W. Gao, J. Kono, Y. Yomogida, A. Hirano, T. Tanaka, H. Kataura, H. Htoon, S. K. Doorn. Tunable Room-Temperature Single-Photon Emission at Telecom Wavelengths from sp3 Defects in Carbon Nanotubes. Nature Photonics. 2017; 11: 577. https://doi.org/10.1038/nphoton.2017.119
  14. S. K. Doorn, H. Htoon, H. Kataura, T. Tanaka, A. Hirano. Tunable room-temperature single-photon emission at telecom wavelengths from sp3 defects in carbon nanotubes. Nature Photonics, 2017; 11(9): 577–582. https://doi.org/10.1038/nphoton.2017.119
  15. N. Mizuochi, T. Makino, H. Kato, D. Takeuchi, M. Ogura, H. Okushi, M. Nothaft, P. Neumann, A. Gali, F. Jelezko, J. Wrachtrup, S. Yamasaki. Electrically driven single-photon source at room temperature in diamond. Nature Photonics. 2012:6:299–303. https://doi.org/10.1038/nphoton.2012.75
  16. A. Ishii, T. Uda, Y. K. Kato. Room-temperature single photon emission from micron-long air-suspended carbon nanotubes. Phys. Rev. Applied. 2017;8:054039. https://doi.org/10.1103/PhysRevApplied.8.054039
  17. А. Baydin, F. Tay, J. Fan, M. Manjappa, W. Gao, J. Kono. Carbon Nanotube Devices for Quantum Technology. Materials 2022;15:1535. https://doi.org/10.3390/ma15041535
  18. A. Borel, T. Habrant-Claude, F. Rapisarda, J. Reichel, S. K. Doorn, C. Voisin, Y. Chassagneux. Telecom Band Single-Photon Source Using a Grafted Carbon Nanotube Coupled to a Fiber Fabry–Perot Cavity in the Purcell Regime. ACS Photonics. 2023;10(8):2839–2845. https://doi.org/10.1021/acsphotonics.3c00541
  19. A. Gritsch, L. Weiss, J. Früh, S. Rinner, A. Reiserer. Narrow Optical Transitions in Erbium-Implanted Silicon Waveguides. Phys. Rev. X. 2022;12:041009. https://doi.org/10.1103/PhysRevX.12.041009
  20. A. Gritsch, A. Ulanowski, A. Reiserer. Purcell enhancement of single-photon emitters in silicon. Optica. 2023;10, 783–789. https://doi.org/10.1364/OPTICA.486167
  21. S. Deshpande, J. Heo, A. Das, P. Bhattacharya. Electrically Driven Polarized Single Photon Emission for InGaN Quantum Dot in a Single GaN Nanowire. Nature Communications. 2013; https://doi.org/10.1038/ncomms2691
  22. Q. Q. Dou, A. Rengaramchandran, S. T. Selvan, R. Paulmurugan, Y. Zhang. Core-shell upconversion nanoparticle – semiconductor heterostructures for photodynamic therapy. Scientific Reports. 2015;5: 8252. https://doi.org/10.1038/srep08252
  23. A. R. Loukanov, C. D. Dushkin, K. I. Papazova, A. V. Kirov, M. V. Abrashev, E. Adachi. Photoluminescence depending on the ZnS shell thickness of CdS / ZnS core–shell semiconductor nanoparticles. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. 2004;245 (1–3): 9–14. https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2004.06.016
  24. P. Reiss, M. Protière, L. Li. Core/Shell Semiconductor Nanocrystals. Small. 2009;5(2): 154–168. https://doi.org/10.1002/smll.200800841
  25. X. Peng, M. C. Schlamp, A. V. Kadavanich, A. P. Alivisatos. Epitaxial Growth of Highly Luminescent CdSe/CdS Core/Shell Nanocrystals with Photostability and Electronic Accessibility. Journal of the American Chemical Society. 1997;119(30): 7019–7029. https://doi.org/10.1021/ja970754m
  26. V. Sayevich, Z. Robinson, Y. Kim, O. Kozlov, H. Jung, T. Nakotte, Y.-S. Park, V. Klimov. Highly versatile near-infrared emitters based on an atomically defined HgS interlayer embedded into a CdSe/CdS quantum dot. Nature Nanotechnology. 2021;16:1–7. https://doi.org/10.1038/s41565-021-00871-x
  27. M. Metlin, S. Ambrozevich, V. Korshunov, V. Fedyanin, P. Tananaev, I. Taydakov. Near-infrared single-photon emitters based on colloidal CdSe/CdS/ZnS nanocrystals and Nd(III) 1,3-diketonate. Opt. Lett. 2020;45: 5480–5483. https://doi.org/10.1364/OL.401227

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 13. Схематические модели одностенных и многостенных углеродных нанотрубок [141]

Скачать (301KB)
Метаданные
3. Рис. 14. Нанотрубки с разной хиральностью [142, 143]

Скачать (945KB)
Метаданные
4. Рис. 15. Рекомбинация экситона на нульмерном состоянии и рекомбинация двух экситонов с излучением одиночного фотона [145, 146]

Скачать (353KB)
Метаданные
5. Рис. 16. Дефект Стоуна-Уэйлса [148] и «локтевой дефект» [149], бамбукоподобные структуры [150]

Скачать (721KB)
Метаданные
6. Рис. 17. Гибридизация электронных орбиталей углерода [150]

Скачать (491KB)
Метаданные
7. Рис. 18. Дефекты ненасыщенных (оборванных) связей.Различные конфигурации соединения азота с углеродом в решетке графена (cерые кружки – атомы углерода; синие – азота; красные – кислорода; белые – водорода (источник: Русграфен, rusgraphen.ru)

Скачать (305KB)
Метаданные
8. Рис. 19. Оптический резонатор для квантовых сетей на основе кремния, легированного атомами эрбия: вместо зеркал в резонаторе используется регулярная структура отверстий нанометрового размера в кристаллическом кремнии; атомы эрбия, помещенные в кремниевый кристалл, излучают на длине волны 1 536 нм (с помощью таких резонаторов можно генерировать одиночные фотоны с заданными свойствами) [158, 159]

Скачать (175KB)
Метаданные
9. Рис. 20. Однофотонный излучатель с линейной поляризацией и электрической накачкой – нанопровод из нитрида галлия с квантовой точкой из нитрида индия-галлия [160]

Скачать (561KB)
Метаданные
10. Рис. 21. Квантовые точки представляют собой ядро из селенида кадмия, прослойку из сульфида ртути в оболочке из сульфида кадмия: CdSe / HgS / CdS [165]

Скачать (194KB)
Метаданные
11. Рис. 22. Эмиссия из отдельных колоидальных квантовых точек CdSe / HgS / CdS при комнатной температуре. Зависящая от времени корреляционная функция интенсивности фотолюминесценции второго порядка, измеренная с помощью импульсного возбуждения низкой интенсивности, указывает на почти идеальную антигруппировку фотонов с g(2)(0) = 0,04 [165]

Скачать (133KB)
Метаданные

© Криштоп В.Г., 2025