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光磁等离子体纳米电路

DOI：10.1039/c9na00351g 期刊：Nanoscale Advances 出版年份：2019 更新时间：2025-09-11 14:15:04
摘要： 固态量子发射体与纳米等离子体激元波导的耦合对于实现各类量子信息处理协议、通信及传感的集成电路至关重要。此类应用需要具备可行、可扩展且低损耗的制备工艺，以及与纳米级波导的高效耦合能力。本研究展示了用于引导、路由和处理氮空位中心电子自旋读出的光磁等离子体纳米电路系统。这种实现高效超紧凑等离子体电路的优化方法基于增强等离子体激元传播长度和提高耦合效率。结果表明：采用(3-巯基丙基)三甲氧基硅烷(MPTMS)可使等离子体激元传播长度提升5倍，引入光栅耦合器能使耦合效率提高5.2倍，从而为量子信息处理设计更复杂的纳米等离子体电路成为可能。将高效等离子体电路与氮空位中心优异的自旋特性相结合，有望拓展纳米金刚石的应用范围，并为片上量子信息网络的实现提供重要平台。
作者： Zahraa Al-Baiaty，Benjamin P. Cumming，Xiaosong Gan，Min Gu
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

研究固态量子发射体与纳米等离子体波导之间的耦合，以实现用于量子信息处理、通信和传感的集成电路。

研究成果

研究表明，通过使用MPTMS粘合层和优化的光栅耦合器，等离子体传播长度和耦合效率显著提升。这些改进使得设计更精密的纳米等离子体电路用于量子信息处理成为可能。将高效等离子体电路与纳米金刚石中的NV色心集成，为片上量子信息网络提供了一个有前景的平台。

研究不足

该研究聚焦于光刻制备纳米线中表面等离激元（SPPs）的耦合效率与传播长度，但在可扩展性及集成至更复杂量子电路方面可能存在局限。虽然使用MPTMS作为粘附层能提升性能，却可能引入制备过程中的变量因素。

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