Un método escalable para sensores cuánticos de estado sólido mejorados por cavidad

Área de la Ciencia:

• Tecnologías de detección cuántica
• Emisores cuánticos de estado sólido a nanoescala
• Optoelectrónica

Sus antecedentes:

• Los centros de color fotoluminiscentes en diamante y nitruro de boro hexagonal (hBN) son cruciales para las tecnologías cuánticas.
• La integración de estos sensores a nanoescala en estructuras macroscópicas es vital para mejorar la sensibilidad y permitir el despliegue a gran escala.

Objetivo del estudio:

• Demostrar la fotoluminiscencia (PL) mejorada por cavidad de nanodiamantes fluorescentes (FND) y nanopartículas de hBN (NP) dentro de cavidades ópticas de película delgada a base de polímeros.
• Investigar el impacto de estas cavidades en el rendimiento del sensor, incluida la modulación espectral, las tasas de decaimiento y la sensibilidad del campo magnético.

Principales métodos:

• Incrustación de FND y NP de hBN en cavidades ópticas de película delgada a base de polímero a escala de centímetro.
• Utilización de resonancias de cavidad para modular la posición del pico espectral de PL de los centros de vacante de nitrógeno (NV) en FND.
• Medición de la mejora de Purcell de las tasas de decaimiento de PL tanto para centros NV como para NP de hBN.

Principales resultados:

• Las resonancias de la cavidad modularon la posición del pico espectral de PL del centro NV y lograron hasta 2.9 veces la mejora de Purcell de la tasa de decaimiento de la PL del NV.
• El brillo de las NP de hBN aumentó hasta tres veces, con tasas de decaimiento de PL mejoradas hasta 13 veces dentro de las cavidades.
• Se observó una mejora de 4.8 veces en la sensibilidad del campo magnético para FND en cavidades de película delgada.

Conclusiones:

• Demuestra un método escalable y de bajo costo para fabricar cavidades de película delgada dopadas con sensores cuánticos.
• La mejora de la cavidad mejora significativamente el rendimiento de los sensores cuánticos basados en diamante y hBN.
• Este trabajo es un paso clave hacia el desarrollo de tecnologías avanzadas de detección cuántica.