基于PbI?/缺陷hBN范德华异质结构实现V_B?自旋缺陷光致发光45倍增强

《Nature Communications》：A van der Waals photon-ratchet for enhancing spin-defect emission and quantum sensing

　　# 摘要二维材料中的自旋缺陷是量子信息科学和纳米尺度探测领域极具前景的平台。六方氮化硼（hBN）中的带负电硼空位（$V_B^-$）因其对温度、磁场和压力的敏感性而尤为引人注目，但其应用受限于本质上微弱的 photoluminescence（光致发光，PL）。在此，我们展示了一种范德华异质结构，在 4 开尔文（K）下可将 $V_B^-$ 的光致发光强度增强高达 45 倍，同时保持与超薄光电子平台的兼容性。PbI?–缺陷 hBN 界面处准型 I 型能带排列促进了与缺陷层间的高效耦合，而强烈的谱线重叠则支持荧光共振能量转移（FRET）。从头算（*Ab initio*）计算表明，这种耦合实现了一种光子棘轮机制，其中 PbI? 的光吸收产生非线性极化，从而驱动 $V_B^-$ 的激发。该过程与层间能量转移兼容，同时保持最小的电子和自旋杂化，并保留光致磁共振（ODMR）对比度。该异质结构还展现出对外部磁场的增强敏感性。这些结果确立了一条通过层间光学耦合增强缺陷发射的途径，并为纳米材料中放大微弱量子缺陷信号提出了一种通用的材料策略。