機械的揺らぎを抑圧した2次元材料による高純度量子エミッタ

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本研究では原子層NEMS非線形ナノ機械振動子をプラットフォームとし、機械的振動のような低周波フォノンと光・電子系とを協奏させた量子マニピュレーションにより機械的揺らぎを量子極限まで抑圧し、線幅の狭い高純度な単一光子の生成とその応用に関する分野を開拓することを目的とし本年度は以下について検討を進めた。１.フォトンと機械共振器のカップリング：　単原子層機械振動子と結合した発光体の発光現象が振動子の運動に与える影響とその制御の可能性を検討した。実験的には低温（４K）環境において光共振器構造を持つ機械的共振器に光子源をおき、その発光と機械振動のカップリングについて検討した。静的環境下だけでなく共振状態で光共振器構造由来の発光増強とピークシフトを確認した。理論的には、発光現象を微視的に記述する量子マスター方程式と微視的Maxwell方程式を、光学的共振器が存在する条件で連立させ光学応答を計算した。さらにその光学応答に基づいて機械振動子に印加される光圧を計算し、発光による反跳力が単原子層機械振動子の運動にどのような影響を与えるかを巨視的な運動方程式により明らかにしてきた。２．ナノ機械振動子のモード間結合と機械的エネルギー移動の実現：単光子源となるhBNの下層にグラフェンを積層し静電駆動できる構造を検討した。この時、予期せず層間相互作用に起因すると思われる機械的な共振においてモード分裂および分裂したモード間でのエネルギー移動を見出した。また二つの弱く結合したナノ機械共振器間のエネルギー交換に起因する現象を観測した。さらに、積層デバイスで重要となる面内・面外熱（フォノン）伝導を明らかにしてきた。層間の相互作用がフォノンの伝導にどのように影響を与えているかを積層角の観点から論ずるため、量子エミッタとしても注目されているh-BNとグラフェンの層間熱コンダクタンスを計測した。