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       量子发射器可以通过低损耗等离子体配置集成在单片纳米级等离子体电路中，以将光限制在远低于衍射极限的范围内。在集成量子等离子体激元中，基于表面等离子体激元（SPP）模式的波导沿着金属 - 电介质或金属 - 空气界面传播电磁波优于基于电介质（因此衍射限制）的光子波导。观察是对于可赛尔增强从嵌入式量子发射器和向发展的趋势芯片上的集成和小型化实现光信号处理和集成电路。已经开发了不同的金属 - 电介质配置，用于在单光子尺度上的强光 - 物质相互作用，以支持限制在衍射极限之外的等离子体模式的传播。该物业可以使独特的前景设计出具有纳米级分辨率的高度集成的光子信号处理系统，传感器和光学成像技术。

       与其他混合量子系统相比，GeV-DLSPPW平台的效率，a）观察到DLSPPW耦合GeV中心的模拟等离子体衰减速率的依赖性。插图显示了位于DLSPPW波导内的y取向偶极发射器的横截面，b）纳米金刚石内GeV中心内部分布的发射效率（β因子）的分布曲线，其中每个彩色正方形代表相应的面内偶极子位置的中心值，c）与其他量子发射体等离子体波导（QE PW）混合系统相比，AgV晶体上GeV-DLSPPW的混合量子等离子体系统的品质因数（FOM）和传输长度。图片来源：Light Science＆Applications，doi：10.1038 / s41377-018-0062-5。

       过去创建的各种基于SPP的结构包括金属纳米线（NW），平行NW，V形槽（VG）和楔形波导，它们已经展示了用于潜在量子应用的单一等离子体引导。由于若干挑战，包括SPP模式的高传播损耗和对单量子发射器的有限控制，这种集成量子光子学的实际实现仍然是难以捉摸的。最近，研究纳米制造的低损耗，介电负载SPP波导（DLSPPW）构造在银膜上，用于由嵌入式纳米金刚石和氮空位中心组成的简单量子等离子体电路。

       现在，在光学科学和应用领域写作，Hamidreza Siampour及其同事通过演示单光子源和等离子体 波导之间的片上耦合，在集成量子等离子体学领域向前迈出了一步。在这种方法中，物理学家设计了纳米金刚石具有发射单光子的锗空位（GeV）中心，嵌入在由使用电子束光刻制造的银层顶上的介电氢倍半硅氧烷（HSQ）组成的等离子体波导内。当绿色激光（532nm）通过光栅耦合器耦合到波导的一端以传播到纳米金刚石时，它激发GeV中心，其发射单个光子，其耦合到波导的等离子体模式。在这项工作中，研究人员实现了长波导传输长度（33μm）和高效耦合（56％），从而开辟了基于芯片的量子电路开发的新途径。

       沿着低损耗等离子体波导传输绿色激光（532nm），a）单晶片（顶部）的SEM图像和在Ag板顶部制造的DLSPP波导（底部），b）用于波导的光学表征532nm激光的平行（顶部）和垂直（底部）偏振，c）Ag片上不同长度的制造波导的明场显微镜图像（插图显示了使用的波导末端的光栅耦合器的图像）为了最大化DLSPPW的耦合效率，d）在532nm的Ag薄片上测量DLSPPW的传播长度为11.8μm。图片来源：Light Science＆Applications，doi：10.1038 / s41377-018-0062-5。

       该研究首次详细介绍了GeV纳米金刚石的合成和表征。纳米金刚石采用高压高温（HPHT）法生产; Ge在成长过程中被引入以整合单个GeV中心。科学家们提出并展示了使用DLSPPW进行纳米加工的混合方法，该方法采用单银（Ag）晶体结构，与其他技术制造的Ag薄膜相比，显着降低了SPP阻尼率。该方法有助于在结合在等离子体芯片内的纳米金刚石中的GeV中心的激发和发射波长处的足够长的SPP传播。

       使用扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）在原始样品中观察合成的GeV纳米和微米金刚石的结构。将合成的纳米金刚石旋涂在Ag涂覆的硅晶片上，并用共聚焦荧光显微镜扫描。测量数据表明基于纳米金刚石中的单个GeV中心的超亮，光谱窄且稳定的单光子源，适用于高度集成的电路。使用检测器中的分析仪测量GeV纳米金刚石的偏振特性，以确定在表面平面上发射的单光子的投射。针对单个GeV纳米金刚石测量的数据符合基于周期表中第IV族元素的金刚石色心的模型极化特征（例如硅空位SiV）

       纳米金刚石的表征：a）HPHT合成后原始样品的GeV纳米和微金刚石的SEM图像，可以看到TEM图像。b）Ge原子位于两个空晶格位置的中间，包括反转对称性，c）系统包括电子结构和类似于IV族钻石颜色中心族的光学跃迁，d）标准化光子速率为Ag平面中的单个GeV纳米金刚石与分析仪角度，测量（点）和模型拟合（实心）。图片来源：Light Science＆Applications，doi：10.1038 / s41377-018-0062-5。

       观察到的金刚石纳米晶体中单光子发射的能力可以实现混合量子等离子体系统，其可以促进结合在等离子体芯片中的GeV中心的远程激发。Siampour等人。与其他混合量子等离子体系统相比，优雅地展示了GeV-DLSPPW系统的高效远程交付。一个特殊的优值的180（FOM）显露在研究由于?六倍赛尔增强，56％耦合在一个波长（效率和?33微米的传输长度λ的602纳米）。

       电子束光刻用于在Ag涂覆的基底上制造具有HSQ抗蚀剂的波导，以包含具有单个GeV中心的纳米金刚石 - 通过受控放置添加到装置中。该技术提供了~30 nm的精确放置，通过SEM成像观察得到增强，受到纳米金刚石尺寸的限制，使用现有的金刚石合成技术可以制造低至1 nm。在通过绿色泵浦激光器激发纳米金刚石后，用原子力显微镜（AFM）和电荷耦合器件（CCD）相机观察制造的波导。

       单个GeV纳米金刚石（ND）的片上激发通过受控放置分配在Ag薄膜顶部用氢倍半硅氧烷（HSQ）制造的装置中a）样品布局和嵌入等离子体波导中的GeV纳米金刚石的直接激发的工作原理， b）制造的波导的AFM图像（左），纳米金刚石被激发的整个结构的CCD图像（右）。三个点ND，A和B显示GeV发射器（ND）的激发和发射以及GeV与DLSPPW模式的耦合，来自两端（A和B）的传播和外耦合辐射。图片来源：Light Science＆Applications，doi：10.1038 / s41377-018-0062-5。

       此外，作者使用单晶Ag薄片代替Ag薄膜来显着增强DLSPPW传播长度。通过DLSPPW模式传输的绿色激光在光学上表征为沿波导轴的偏振。测量几个不同长度的波导的透射率，以显示通过低损耗DLSPPW的绿色激光的非常传播长度（~11.8μm）。

       用于纳米金刚石的片上激发的器件布局和工作原理的示意图。纳米金刚石携带嵌入DLSPP波导中的光谱窄的单GeV量子发射器。图片来源：Light Science＆Applications，doi：10.1038 / s41377-018-0062-5。

       使用类似的设置，科学家们开始演示并确认与DLSPPW模式耦合的GeV中心的远程激发。随后，使用有限元建模（FEM）方法模拟GeV衰减速率，并且与其在真空中的发射相比，预测波导中的GeV中心的衰减率高达四倍。与先前演示的系统相比，该系统表现出优异的性能，通过使用更大的折射率电介质如二氧化钛（TiO 2），在未来的研究中可以进一步增强观察到的Purcell因子。

       该研究开辟了将激发激光器，量子发射器和等离子体电路集成到同一芯片上的方法。先前的策略已经证明在芯片上检测到单个等离子体和双等离子体干扰。通过在单个芯片上结合所有这三种技术，作者设想在不久的将来可以在芯片上集成量子等离子体电路的所有元素。