Laser writing of spin defects in nanophotonic cavities

纳米光子学 材料科学 光电子学 激光器 自旋(空气动力学) 纳米技术 工程物理 光学 机械工程 工程类 物理
作者
Aaron M. Day,Jonathan R. Dietz,Madison Sutula,Matthew Yeh,Evelyn L. Hu
出处
期刊:Nature Materials [Springer Nature]
卷期号:22 (6): 696-702 被引量:11
标识
DOI:10.1038/s41563-023-01544-x
摘要

High-yield engineering and characterization of cavity-emitter coupling is an outstanding challenge in developing scalable quantum network nodes. Ex situ defect formation systems prevent real-time analysis, and previous in situ methods are limited to bulk substrates or require further processing to improve the emitter properties1-6. Here we demonstrate the direct laser writing of cavity-integrated spin defects using a nanosecond pulsed above-bandgap laser. Photonic crystal cavities in 4H-silicon carbide serve as a nanoscope monitoring silicon-monovacancy defect formation within the approximately 200 nm3 cavity-mode volume. We observe spin resonance, cavity-integrated photoluminescence and excited-state lifetimes consistent with conventional defect formation methods, without the need for post-irradiation thermal annealing. We further find an exponential reduction in excited-state lifetime at fluences approaching the cavity amorphization threshold and show the single-shot annealing of intrinsic background defects at silicon-monovacancy formation sites. This real-time in situ method of localized defect formation, paired with cavity-integrated defect spins, is necessary towards engineering cavity-emitter coupling for quantum networking.
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