À gauche, image réalisée avec un microscope électronique d’un feuillet de nitrure de bore hexagonal de 60 nanomètres d’épaisseur. Les cercles indiquent les positions choisies pour activer des émetteurs quantiques.
À droite, cartographie réalisée avec un microscope confocal de la luminescence du feuillet. Les zones en jaune indiquent une émission de lumière par les centres colorés. Il y a environ 15 émetteurs par impact du faisceau électronique.
© A. Delteil, GEMaC
C’est un matériau lamellaire transparent à partir duquel on peut envisager de créer des dispositifs miniatures contrôlés à l’échelle ultime de quelques couches atomiques. Il est connu pour contenir des « centres colorés », des défauts cristallins émetteurs de photons uniques. Ces centres colorés présentent néanmoins l'inconvénient d'avoir des longueurs d’onde d’émission et des positions aléatoires dans le cristal. Ces caractéristiques limitent leur utilisation pour l’information quantique, qui requiert des sources aux propriétés contrôlées et reproductibles.
Des physiciens du Groupe d’étude de la matière condensée (GEMaC, CNRS/Université Versailles St-Quentin), en partenariat avec le Laboratoire de physique de l'ENS (LPENS, CNRS/ENS Paris/Sorbonne Université/ Université de Paris) et le NIMS (Japon), ont démontré l’existence d’une nouvelle famille de centres colorés dans le nitrure de bore hexagonal. Ces sources de photons uniques ont l'avantage d’émettre toutes à des longueurs d’onde très proches, ce qui est une propriété rare. De plus, ces émetteurs sont créés de façon localisée, par l'interaction avec le faisceau d’un microscope électronique à balayage, ce qui permet de contrôler leur position à une échelle inférieure au micromètre.
La prochaine étape est d'obtenir une seule source de photons par interaction avec le faisceau d'électrons. La voie sera alors ouverte à une intégration spatialement contrôlée de sources de photons uniques dans des dispositifs optiques tels que des guides d’onde ou des microcavités optiques: une nouvelle approche pour la réalisation de « puces quantiques » intégrées basées sur des photons uniques indiscernables. Ces travaux ont été publiés dans Nature Communications.
Référence:
Position-controlled quantum emitters with reproducible emission wavelength in hexagonal boron nitride.
C. Fournier, A. Plaud, S. Roux, A. Pierret, M. Rosticher, K. Watanabe, T. Taniguchi, S. Buil, X. Quelin, J. Barjon, J.-P. Hermier et A. Delteil, Nature Communications, Publié le 18 juin 2021.
DOI: 10.1038/s41467-021-24019-6
Article disponible sur les bases d’archives ouvertes hal et arxiv
Contacts:
- Aymeric Delteil - Chargé de recherche CNRS | Groupe d’étude de la matière condensée (GEMaC) - aymeric.delteil at uvsq.fr
- Communication INP - inp.com at cnrs.fr
Source: CNRS INP