Facciamo luce sui centri di germanio-vacanza (GeV)
Siamo lieti di annunciare che l’articolo “Integration of germanium-vacancy single photon emitters arrays in diamond nanopillars” è stato pubblicato lo scorso febbraio sulla rivista EPJ Quantum Technology Journal. Questo articolo rappresenta un importante passo avanti nello sviluppo di tecnologie quantistiche basate sul diamante da parte di SD-FBK, realizzato grazie al lavoro congiunto delle unità di ricerca MNF e MTSD, che operano all’avanguardia in questo settore. La piattaforma quantistica del diamante basata sui centri di colore è stata avviata alcuni anni fa nell’ambito del progetto Q@TN e ora sta crescendo grazie a progetti europei su larga scala. La recente pubblicazione su EPJ Quantum Technology è il risultato di una collaborazione tra la Fondazione Bruno Kessler (FBK), l’Università di Torino, l’Istituto Nazionale di Ricerca Metrologica (INRIM) e Qnami AG, un’azienda svizzera che si occupa di tecnologie di quantum sensing. Questa collaborazione ha riunito le unità di ricerca Micro-Nano Facility (MNF) e Materiali e Microsistemi (MTSD), con l’obiettivo di sviluppare array di emettitori di fotoni singoli integrati in nanoarray di diamante per migliorare l’estrazione dei fotoni.
Nanopilastri in diamante (courtesy of Qnami)
La novità di questo studio è stata l’integrazione degli elementi quantici in dispositivi di terze parti: questi emettitori sono stati allineati con precisione a guide d’onda costituite da nanopilastri di 300 nm di diametro, realizzati mediante litografia a fascio di elettroni e tecniche di incisione al plasma. Questo accurato processo di fabbricazione ha permesso di ottenere l’incorporazione dei centri di germanio-vacanza (GeV) all’interno delle nanostrutture con una sorprendente risoluzione di 300 nm. Di conseguenza, è stato osservato un significativo miglioramento dell’efficienza di raccolta dei fotoni, che ha portato a un aumento complessivo dell’intensità di emissione dei centri GeV. Inoltre, questo miglioramento ha contribuito nell’aumento del rapporto segnale/rumore (SNR) fino a 8 volte negli array di pilastri contenenti un numero variabile di centri GeV. Il processo di fabbricazione ha dimostrato un’alta efficienza nell’emissione di singoli fotoni all’interno dei pilastri, confermando ulteriormente la sua efficacia per le applicazioni di fotonica quantistica.
I ricercatori del Centro SD coinvolti in questa attività hanno dimostrato competenza nella creazione di centri di colore in substrati di diamante, nonché nell’uso di tecniche di caratterizzazione avanzate basate sulla spettroscopia Raman e sulle misure di fotoluminescenza (PL). Questo studio rappresenta un passo avanti significativo nella comprensione di questi fenomeni e dimostra come la collaborazione tra il mondo della ricerca e quello dell’industria possa guidare l’innovazione nelle tecnologie quantistiche. In particolare, la fabbricazione di grandi matrici di emettitori di fotoni singoli ad alta densità e con diffrazione limitata a spaziatura micrometrica potrebbe aprire la strada a chip fotonici integrati. Questi chip hanno il potenziale per l’elaborazione parallela di informazioni quantistiche e la generazione di stati di Fock a multifotoni, rappresentando un progresso significativo nelle applicazioni della tecnologia quantistica.
Link all’articolo
EPJ Quantum Technology (Springer open)
Autori dell’articolo scientifico
Elisa Redolfi, Vanna Pugliese, Elia Scattolo, Alessandro Cian, Elena Missale, Felipe Favaro de Oliveira, Gediminas Seniutinas, Sviatoslav Ditalia Tchernij, Rossana Dell’Anna, Paolo Traina, Paolo Olivero, Damiano Giubertoni & Jacopo Forneris
Informazioni sull’autore
Alessandro Cian, ricercatore per la Fondazione Bruno Kessler e Science Ambassador per il Centro SD.
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