光学材料：ファンデルワールスNbOCl₂結晶を用いた極薄量子光源

二次元材料における層間電子結合から、積層工学による調整可能で創発的な特性が実現可能になる。しかし、単層膜をファンデルワールス構造に積層すると、遷移金属ジカルコゲニドにおいて励起子発光や光学非線形性が急速に劣化するなどの例があるように、二次元半導体において電子構造が大きく変化して、励起子効果が減衰することにもなる。今回我々は、バルク形態における層間電子結合の消失と単原子層に似た励起子挙動とともに、単層WS₂より最大で3桁高いスケーラブルな第二高調波生成強度を特徴とする、ファンデルワールス結晶のオキシ二塩化ニオブ（NbOCl₂）を報告する。注目すべきことに、この強い二次非線形性によって、約46 nmという薄さの薄片において、自発的パラメトリック下方変換（SPDC）過程による相関パラメトリック光子対生成が実現された。我々の知る限り、これは二次元層状物質でまぎれもなく実証された最初のSPDC源であり、これまで報告された中で最も薄いSPDC源である。今回の成果は、ファンデルワールス材料を用いた超小型のオンチップSPDC光源だけでなく、古典光技術と量子光技術の両方における高性能光子変調器の開発への道を開く。

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