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ナノ結晶とメタマテリアル共振器を組み合わせた革新的な極小単一光子放出器の創生

创建结合纳米晶体和超材料谐振器的创新超小型单光子发射器

基本信息

批准号：
21K18197
负责人：
向井剛輝
金额：
$ 16.64万
依托单位：
Yokohama National University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Challenging Research (Pioneering)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-07-09 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では、光子発生源であるナノ結晶と単一メタマテリアル共振器を人工的な操作によって極めて高精度に位置制御して組み合わせ、ナノオーダーサイズの革新的な極小単一光子放出器を実現することを目的とする。この新しい構成を持つ極小な光量子素子はこれまでには無かったコンパクトな固体光量子回路の設計を可能とするものであり、光マイクロマシン、フォトニック結晶光導波路、シリコンフォトニクスなど他の既存技術との親和性も高いことから、同分野の新たな基盤技術になり得ると考えている。３年計画の２年目に当たる今年度は、昨年度導入した単一光子測定のための光学実験系を用いて、精力的に実験を進めた。微小な光共振器作製のために、従来のSPM（操作型プローブ顕微鏡）描画と選択無電解めっきによって素子を製造する工程からFIB（集束イオンビーム）加工による製造工程に切り替え、本格的に運用した。その結果、従来と比べて格段に思い通りの構造が作製できるようになり、素子性能が向上した結果、偏光方向を制御できる極小光子放出器を実現し、その動作を実証することに成功した。更に、FIB加工で実現できる、光導波路不要で横方向へ指向性よく光放出できる、プレーナー量子回路向けの単一光子放出器の提案を行った。これらの成果についての学会発表を行った。また、同時に進めているQD（量子ドット）光源の開発も順調に進めた。量子準位の状態を維持したまま見かけのQDサイズを位置制御に適したマイクロオーダーまで大きくするシリカコート技術の検討を進め、逆ミセルによるシリカの厚膜化の前に有機溶媒中で熱分解法によってQDの保護層をつけておくと、その後の厚膜化によってもQDの発光効率が比較的よく維持されることを見出した。更に、配位子交換によるQDの保護のための研究にも成果があった。これらの成果についても学会発表を行った。

This study aims to improve the performance of the ultra-small photon emitter by controlling the position of the ultra-small photon emitter with high precision. The new structure of this kind of optical quantum device can be used for the design of solid-state optical quantum circuits, such as optical quantum devices, crystal optical waveguides, optical quantum devices, and other existing technologies. In the second year of the three-year plan, the optical system of photon measurement was introduced in this year and last year. Micro-optical resonator manufacturing, SPM (Operation-type Micro-mirror) drawing, election-free electron production engineering, FIB (Bundle Information) processing, production engineering, replacement, application of this specification As a result, the structure of the device is controlled, the electron performance is improved, the polarization direction is controlled, and the extremely small photon emitter is realized and proved successfully. In addition, FIB processing is implemented, optical waveguide does not have horizontal directivity, light emission, quantum circuit direction and single photon emitter proposal. The results of this study were published in the Journal of Science and Technology. QDs (quantum dots) light source development sequence The state of quantum alignment is maintained. The position control of QD is appropriate. The study of large quantum technology is advanced. The thermal decomposition method of QD in organic solvent before thick film formation is discussed. The optical efficiency of QD is maintained. The results of the research on ligand exchange and QD protection are as follows: The results of this study were published in the journal Science and Technology.