Pyramidal Hyperbolic Metasurfaces Enhance Spontaneous Emission of Nitrogen‐Vacancy Centers in Nanodiamond

纳米金刚石 材料科学 光电子学 塞尔效应 空位缺陷 自发辐射 激发态 光子 量子 纳米技术 光学 物理 原子物理学 凝聚态物理 激光器 量子力学 钻石 复合材料
作者
Peng Zheng,Le Liang,Saransh Arora,Krishanu Ray,Steve Semancik,Ishan Barman
出处
期刊:Advanced Optical Materials [Wiley]
卷期号:11 (6) 被引量:7
标识
DOI:10.1002/adom.202202548
摘要

Nitrogen-vacancy (NV) centers in nanodiamond hold great promise for creating superior biological labels and quantum sensing methods. Yet, inefficient photon generation and extraction from excited NV centers restricts the achievable sensitivity and temporal resolution. Herein, we report an entirely complementary route featuring pyramidal hyperbolic metasurface to modify the spontaneous emission of NV centers. Fabricated using nanosphere lithography, the metasurface consists of alternatively stacked silica-silver thin films configured in a pyramidal fashion, and supports both spectrally broadband Purcell enhancement and spatially extended intense local fields owing to the hyperbolic dispersion and plasmonic coupling. The enhanced photophysical properties are manifested as a simultaneous amplification to the spontaneous decay rate and emission intensity of NV centers. We envision the reported pyramidal metasurface could serve as a versatile platform for creating chip-based ultrafast single-photon sources and spin-enhanced quantum biosensing strategies, as well as aiding in further fundamental understanding of photoexcited species in condensed phases.

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