量子光学：ハロゲン化鉛ペロブスカイト量子ドット超格子からの超蛍光

発光体の集団は、共通の光場を介してコヒーレントに相互作用するとき、その構成要素である個々の発光体とは全く異なる振る舞いをすることがある。そうした集団を励起した後の集団的結合によって、短い高強度バースト光（いわゆる超蛍光）を生じさせる多体量子現象が起こり得る。この現象には、個々の発光体がほぼ同一であることに加え、発光体間の相互作用の精密なバランスとそれらの環境からの分離が必要であるため、超蛍光はこれまで、特定の原子気体や分子気体、いくつかの固体系など、限られた数の系でしか観察されていなかった。オプトエレクトロニクスの実用に適した高輝度光子源であるコロイドナノ結晶における超蛍光の生成は、発光の不均一な広がり、低い振動子強度、高速励起子位相緩和によって阻まれてきた。今回我々は、自己組織化して高秩序三次元超格子を形成するハロゲン化セシウム鉛（CsPbX₃；X = Cl, Br）ペロブスカイトナノ結晶が、超蛍光の主な特徴を示すことを明らかにする。この超蛍光は、20倍以上加速された発光減衰、4倍以上延長された一次コヒーレンス時間、光子バンチング、高励起密度でBurnham–Chiaoリンギング挙動を示す遅延発光パルスを有する、動的赤方シフトした発光である。こうしたメゾスコピックに延長されたコヒーレント状態を用いれば、オプトエレクトロニクスデバイスの性能を向上でき、エンタングルした多光子量子光源を実現できる可能性がある。

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