"Electrically driven single-photon source at room temperature in diamond". N. Mizuochi, T. Makino, H. Kato, D. Takeuchi, M. Ogura, H. Okushi, M. Nothaft, P. Neumann, A. Gali, F. Jelezo, J. Wrachtrup, S. Yamasaki. NATURE PHOTONICS. In press. DOI: 10.1038/nphoton.2012.75
Single-photon sources that provide non-classical light states on demand
have a broad range of applications in quantum communication, quantum
computing and metrology. Single-photon emission has been demonstrated using single atoms, ions, molecules, diamond colour centres and semiconductor quantum dots. Significant progress in highly efficient and entangled photons
sources has recently been shown in semiconductor quantum dots; however,
the requirement of cryogenic temperatures due to the necessity to
confine carriers is a major obstacle. Here, we show the realization of a
stable, room-temperature, electrically driven single-photon source
based on a single neutral nitrogen-vacancy centre in a novel diamond
diode structure. Remarkably, the generation of electroluminescence
follows kinetics fundamentally different from that of photoluminescence
with intra-bandgap excitation. This suggests electroluminescence is
generated by electron–hole recombination at the defect. Our results
prove that functional single defects can be integrated into electronic
control structures, which is a crucial step towards elaborate quantum
information devices.
Las fuentes de un sólo fotón, que proveen de manera controlada estados de luz no clásica, tienen un amplio espectro de aplicaciones en comunicación cuántica, computación cuántica y metrología. La emisión de un sólo fotón ha sido demostrada utilizando átomos aislados, iones, moléculas, centros de color en diamantes y puntos cuánticos semiconductores. Recientemente se ha mostrado un progreso significativo en fuentes altamente eficientes de fotones enlazados, hechas de puntos cuánticos semiconductores; sin embargo, el requisito de temperaturas bajas, debido a la necesidad de confinar a los portadores, es un obstáculo importante. Aquí se muestra la realización de una fuente de un sólo fotón que es controlada eléctricamente y que es estable a temperatura ambiente, la cual está basada en una vacancia neutra de nitrógeno en un nuevo tipo de estructura tipo diodo en diamante. Es de resaltar que la generación de electroluminiscencia sigue una cinética fundamentalmente distinta de aquella correspondiente a la fotoluminiscencia con excitación intrabanda. Esto sugiere que la electroluminiscencia está siendo generada en el defecto por la recombinación de electrones y huecos. Los resultados prueban que los defectos funcionales aislados pueden ser integrados en estructuras de control electrónico, lo cual es un paso crucial para la elaboración de dispositivos dedicados a la información cuántica.
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