A Silicon carbide room-temperature single-photon source

室温での炭化ケイ素の単一発光源

Castelletto, S.*; Johnson, B.*; Ivady, V.*; Stavrias, N.*; 梅田 享英*; Gali, A.*; 大島 武

Castelletto, S.*; Johnson, B.*; Ivady, V.*; Stavrias, N.*; Umeda, Takahide*; Gali, A.*; Oshima, Takeshi

単一フォトンの発生や検出は量子力学の実験的な基盤や計測理論に重要な役割を示す。また、効率的、高品質の単一発光源は量子情報等の実現にとって不可欠と考えられている。本研究では、室温においても非常に明るく安定な炭化ケイ素(SiC)中の単一発光源の形成と同定に成功した。この単一発光源はSiC中のシリコンサイトを炭素で置換した炭素アンチサイト(C)と炭素空孔(V)の複合欠陥(CV)として知られる点欠陥であり、高純度SiCに対して、電子線照射と照射後の熱処理を組み合わせることで形成が可能となる。非常に明るい光源(210 counts/s)であり、キャビティーの使用が無い場合においても高い量子効率が得られる。

The generation and detection of single photons play a central role in the experimental foundation of quantum mechanics and measurement theory. An effcient and high-quality single-photon source is thought to be necessary to realize quantum key distribution, quantum repeaters and photonic quantum information processing. We found the identication and formation of ultra-bright, room temperature, photo-stable single photon sources in silicon carbide (SiC). The single photon source consists of an intrinsic defect which is known as the carbon antisite vacancy pair, created by carefully optimized electron irradiation and annealing of ultra pure SiC. An extreme brightness (210 counts/s) resulting from polarization rules and a high quantum effciency is obtained in the bulk without resorting to the use of a cavity or plasmonic structure.