L'emissione quantistica (QE) è un processo in cui un fotone viene emesso singolarmente e ha una grande rilevanza tecnologica nei protocolli di comunicazione quantistica (come la crittografia e la distribuzione di chiavi quantistiche). La QE nei materiali allo stato solido a base di N (hBN, AlN, GaN e SiN) è interessante per le loro operazioni a temperatura ambiente, l'elevata luminosità, la forte polarizzazione e la sintonizzabilità della lunghezza d'onda. Questi emettitori hanno origine da difetti localizzati con stati elettronici ben definiti che, in seguito a eccitazione (termica/elettromagnetica), emettono fotoni singolari. Tuttavia, nonostante il loro potenziale, il meccanismo microscopico che porta alla QE nei materiali allo stato solido è ancora sconosciuto. Recentemente, ho mostrato [Pelliciari et al. Nat. Mat. 23, 1230 (2024)] utilizzando la diffusione di raggi X anelastica risonante (RIXS) e la fotoluminescenza (PL), si è scoperto che la QE in hBN deriva da un difetto simile alla molecola N2, le cui vibrazioni e armoniche, che si estendono dal medio infrarosso fino all'ultravioletto, innescano un processo di coppia donatore-accettore che genera QE su un'ampia finestra energetica. Questa scoperta cambia la nostra prospettiva sulla QE in hBN, rivelando una scala energetica regolare attribuita a vibrazioni simili a N2, che conferisce prevedibilità e consente la stimolazione risonante di queste modalità con impulsi luminosi e il loro accoppiamento con le modalità di cavità fotonica, consentendo il controllo delle loro funzionalità. In questo progetto, voglio scoprire la risposta degli emettitori di hBN al pompaggio delle vibrazioni dei difetti simili a N2 con impulsi luminosi e studiare l'effetto dell'accoppiamento risonante delle modalità di cavità a queste vibrazioni. Infine, esplorerò se l'EQ basata su difetti molecolari sia una prerogativa dell'hBN o si verifichi in materiali a base di N come AlN, GaN e SiN.
Per raggiungere questo obiettivo, utilizzerò schemi RIXS, PL e pump-probe per scoprire le transizioni elettroniche dei difetti molecolari nei materiali a base di N, la loro risposta energia/tempo alla luce risonante e ai campi di cavità, e la loro natura microscopica (orbitale). In definitiva, questo progetto dimostrerà e generalizzerà i difetti di tipo molecolare come origine dell'EQ nei sistemi a base di N e svelerà la loro risposta agli stimoli luminosi e il confinamento in cavità fotoniche, aprendo la strada alla fabbricazione di dispositivi e aprendo una linea di ricerca senza precedenti in un campo emergente all'interconnessione tra fisica della materia condensata, fotonica e scienza dell'informazione quantistica.