Tesis doctoral de Michael Wolfgang Geiselmann
La interacción de fotones con emisores cuánticos individuales como los centros de nitrógeno-vacante (nv) es esencial para la elaboración de futuros dispositivos integrados de óptica cuántica. Una estrategia prometedora para alcanzar este objetivo es aprovechar los últimos avances de la nano-óptica para aumentar la interacción entre nano-estructuras y emisores individuales, así como fortalecer el acoplamiento entre varios de ellos. Sin embargo, para aprovechar al máximo las capacidades de este matrimonio entre centros de nv y las nano-estructuras se requiere de herramientas adecuadas para controlar con precisión su interacción. en esta tesis, se utiliza la manipulación óptica para atrapar y manipular en 3d nano-diamantes individuales que contienen un solo centro de nv. en primer lugar, demostramos el uso de pinzas ópticas como una herramienta para lograr la captura precisa y manipulación espacial tridimensional de nano-diamantes individuales conteniendo un solo centro de nv. Sorprendentemente, encontramos que el eje del centro de nv está casi fijo dentro de la trampa óptica y puede controlarse in situ mediante el ajuste de la polarización de la luz del láser de captura. Combinamos este control espacial y angular con la manipulación coherente del espin del centro de nv y con medidas de tiempo de vida de fluorescencia de un sistema fotónico integrado. Demostramos que los centros de nv atrapados ópticamente pueden servir como una nueva ruta para la magnetometría vectorial tridimensional y la detección de la densidad local de estados electromagnéticos. en un segundo paso, nuestra técnica de manipulación se desarrolló aún más hacia el posicionamiento de un nano-diamante individual en una antena plasmónica. La fuerza de gradiente del campo electromagnético del plasmon excitado actúa como una pinza óptica local para atraer los nano-diamantes funcionalizados a las regiones de mayor aumento del campo de la antena, donde quedan adsorbidos. La proximidad del centro nv inmovilizado en la nano-antena es corroborado por la disminución observada del tiempo de vida de la fluorescencia. por otra parte, se observa una disminución de la fluorescencia del nv tras la iluminación infrarroja. Identificamos como origen de la disminución de la fluorescencia la promoción del electrón excitado a una banda, que tiene un canal de decaimiento rápido. Esta hipótesis es comprobada por el excelente acuerdo entre nuestro modelo simple de ecuación cinética y el experimento. por último, demostramos que un centro nv puede funcionar como un interruptor óptico eficiente y rápido controlado a través de un láser de control infrarrojo independiente. Además, el sistema híbrido formado por un solo nv acoplado a una nano-antena de oro aumenta la profundidad de modulación. los resultados presentados en esta tesis demuestran la capacidad de manipular y posicionar nano-diamantes conteniendo un centro de nv con pinzas ópticas. Esto allana el camino hacia un sensor de campo magnético y de temperatura en ambiente liquido usando el espin del centro de nv. Además, el control de posicionamiento y acoplamiento a nano-estructuras fotónicas y plasmónicas podría tener un impacto para aplicaciones potenciales en circuitos completamente ópticos o dispositivos de óptica cuántica.
Datos académicos de la tesis doctoral «All optical manipulation of a single nitrogen-vacancy centre in nanodiamond«
- Título de la tesis: All optical manipulation of a single nitrogen-vacancy centre in nanodiamond
- Autor: Michael Wolfgang Geiselmann
- Universidad: Politécnica de catalunya
- Fecha de lectura de la tesis: 10/04/2014
Dirección y tribunal
- Director de la tesis
- Roman Quidant
- Tribunal
- Presidente del tribunal: michel Orrit
- oliver Benson (vocal)
- (vocal)
- (vocal)