Пирамидальные гиперболические метаповерхности усиливают спонтанное излучение азотно-вакансионных центров в нанокристалле алмаза

Азотно-вакансионные (NV) центры в нанокристаллах алмаза обладают большим потенциалом для создания высокоэффективных биологических меток и методов квантового зондирования. Однако низкая эффективность генерации и извлечения фотонов из возбужденных NV-центров ограничивает достижимые чувствительность и временное разрешение. В настоящей работе предложен принципиально иной подход, основанный на пирамидальных гиперболических метаповерхностях для управления спонтанным излучением NV-центров. Изготовленные методом литографии наносферами метаповерхности состоят из чередующихся тонких пленок кремнезема и серебра, уложенных в пирамидальную конфигурацию, и поддерживают как широкополосное спектральное усиление Пёрселла, так и пространственно протяженные интенсивные локальные поля благодаря гиперболической дисперсии и плазмонному взаимодействию. Улучшенные фотофизические свойства проявляются в одновременном увеличении скорости спонтанного распада и интенсивности излучения NV-центров. Мы предполагаем, что описанные пирамидальные метаповерхности могут служить универсальными платформами для создания сверхбыстрых однофотонных источников на чипе и стратегий квантового биосенсинга с усилением спиновых характеристик, а также способствовать дальнейшему фундаментальному пониманию фотоexcитированных частиц в конденсированных фазах.