Tailoring wavelength and emitter-orientation dependent propagation of single photons in silicon nanowires

Autor: Mélodie Humbert, Peter R. Wiecha, Gérard Colas des Francs, Xiao Yu, Nicolas Mallet, Aurélie Lecestre, Guilhem Larrieu, Vincent Larrey, Frank Fournel, Laurence Ressier, Christian Girard, Vincent Paillard, Aurélien Cuche
Přispěvatelé: Centre d'élaboration de matériaux et d'études structurales (CEMES), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire de physique et chimie des nano-objets (LPCNO), Université de Toulouse (UT)-Fédération de recherche « Matière et interactions » (FeRMI), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Équipe Matériaux et Procédés pour la Nanoélectronique (LAAS-MPN), Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes (LAAS), Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT), Laboratoire Interdisciplinaire Carnot de Bourgogne (ICB), Université de Technologie de Belfort-Montbeliard (UTBM)-Université de Bourgogne (UB)-Université Bourgogne Franche-Comté [COMUE] (UBFC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Service Techniques et Équipements Appliqués à la Microélectronique (LAAS-TEAM), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives - Laboratoire d'Electronique et de Technologie de l'Information (CEA-LETI), Direction de Recherche Technologique (CEA) (DRT (CEA)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA), ANR-11-IDEX-0002,UNITI,Université Fédérale de Toulouse(2011), ANR-10-LABX-0037,NEXT,Nano, EXtreme Measurements & Theory(2010), ANR-19-CE24-0026,HiLight,Nanostructures diélectriques à haut indice pour le contrôle de l'émission et de la propagation de la lumière(2019), ANR-17-EURE-0002,EIPHI,Ingénierie et Innovation par les sciences physiques, les savoir-faire technologiques et l'interdisciplinarité(2017)
Jazyk: angličtina
Rok vydání: 2022
Předmět:
Zdroj: Physical Review Applied
Physical Review Applied, 2022, 17 (1), pp.014008. ⟨10.1103/PhysRevApplied.17.014008⟩
ISSN: 2331-7019
DOI: 10.1103/PhysRevApplied.17.014008⟩
Popis: International audience; Quantum nano-optics aims at transposing the concepts of quantum optics at the nanoscale. In this context, nitrogen-vacancy color centers in nanodiamonds are particularly interesting sources as they emit single photons one by one with a broad spectral distribution between 600 and 800 nm. We deposit such quantum emitters at the extremities of silicon nanowires and analyze the effects of this interaction via spectrally resolved confocal microscopy. We demonstrate that the single photon emission can be guided over several microns under conservation of their quantum statistics, and with efficiencies of up to 15 %.n We show that the silicon nanowires can be used as spectral filters for the quantum emission. Numerical simulations are in very good agreement with experiments, and indicate that the modal landscape of these nano-waveguides and the according coupling efficiencies with quantum emitters can be designed such that only light from emitters of specific orientations is efficiently guided through the nanowire, enabling a unique quantum state selectivity at a micrometer length scale. Our work opens the door to a genuine modal control of single photon transfer in subwavelength nanowaveguides, paving the way to future fundamental studies and towards integrated and multi-wavelength photonics applications in quantum nano-optics.
Databáze: OpenAIRE
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