次世代半導体中の欠陥からの磁場による発光の増強と単一光子発生~量子情報通信のためのデバイスの高性能化への新たなアプローチ~

ad

2025-06-12 京都大学

京都大学の篠北啓介助教らは、二次元半導体素材WSe₂(タングステン二セレン)中にわずかな欠陥を導入し、微弱な外部磁場を印加することで、単一光子の発光強度を制御できることを発見しました。磁場によって欠陥部位からの光の発光が増強され、単一光子の発生挙動に変化が生じることも確認されたことで、これまで制御が難しかった単一光子源の特性が磁場によって高精度に調整可能であることが示されました。これは、量子通信や量子コンピューティングにおける非常に安全性の高い光情報伝達技術に向けた新たな制御手段となる重要な成果です。成果は『Science Advances』に2025年6月4日付で掲載されました。

次世代半導体中の欠陥からの磁場による発光の増強と単一光子発生~量子情報通信のためのデバイスの高性能化への新たなアプローチ~
磁場による二次元半導体中の欠陥からの発光増大と単一光子発生の模式図

<関連情報>

単層二次元半導体における欠陥局在励起子発光の磁気増白とそのダイナミクス Magnetic brightening and its dynamics of defect-localized exciton emission in monolayer two-dimensional semiconductor

Yubei Xiang, Keisuke Shinokita, Kenji Watanabe, Takashi Taniguchi, and Kazunari Matsuda
Science Advances  Published:4 Jun 2025
DOI:https://doi.org/10.1126/sciadv.adr5562

Abstract

Quantum light sources, especially single-photon emitters, are crucial for advancing quantum technologies. Despite extensive research, the behavior of defect-localized excitons in monolayer WSe2 under external perturbations, such as magnetic fields, remain underexplored. This study investigates the nature and dynamics of defect-localized excitons under in-plane magnetic fields using steady-state and time-resolved photoluminescence (PL) spectroscopy. Observations reveal a sharp PL peak, indicative of single-photon emission, with doublet peaks from hybridized spin–state excitons. Notably, magnetic brightening of the PL peak was detected at a low magnetic field (<1 tesla), and the dynamics of hybridized-state excitons under magnetic fields indicated field-induced state mixing, explaining the magnetic brightening. These findings advance tunable single-photon emitters controlled by magnetic fields, with implications for quantum optics applications.

0404情報通信
ad
ad
Follow
ad
タイトルとURLをコピーしました