Vers une ingénierie de sources de lumière quantique

Certains défauts ponctuels dans les matériaux cristallins, appelés « centres colorés », sont d’excellentes sources de photons uniques. Ils présentent un grand intérêt dans le cadre des technologies quantiques photoniques émergentes. Dans ce contexte, il est souhaitable de contrôler leur position dans le matériau hôte, ainsi que leur longueur d’onde d’émission.

Des physiciens du Groupe d’étude de la matière condensée (GEMaC, CNRS/Université Versailles St-Quentin), en partenariat avec le Laboratoire de physique de l'ENS (LPENS, CNRS/ENS Paris/Sorbonne Université/ Université de Paris) et le NIMS (Japon), ont mis au jour une nouvelle famille de centres colorés dans un matériau bidimensionnel : le nitrure de bore hexagonal. Ce matériau, composé de feuillets atomiques analogues au graphène, est particulièrement adapté pour la réalisation de dispositifs miniaturisés à l’extrême. Les chercheurs ont démontré que le faisceau d’électrons d’un microscope électronique à balayage permet de contrôler la position de ces sources de lumière quantique. Des mesures de photoluminescence à basse température (4 K) au moyen d’un microscope confocal ont permis de démontrer les propriétés très prometteuses de ces nouvelles sources de photons uniques. En particulier, ils émettent tous à la même longueur d’onde, une propriété rare dans la matière condensée. Cela permet d’envisager de les utiliser pour de futures « puces quantiques », des dispositifs à grande échelle basés sur un grand nombre de sources identiques.

Pour en savoir plus :
C. Fournier et al., “Position-controlled quantum emitters with reproducible emission wavelength in hexagonal boron nitride,” Nature Commun. 12, 3779 (2021)
https://doi.org/10.1038/s41467-021-24019-6