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Efficient generation of polarization-entangled photons in metal-organic framework waveguides
Indexado
WoS WOS:001300255500005
Scopus SCOPUS_ID:85201409680
DOI 10.1364/OE.532747
Año 2024
Tipo artículo de investigación

Citas Totales

Autores Afiliación Chile

Instituciones Chile

% Participación
Internacional

Autores
Afiliación Extranjera

Instituciones
Extranjeras


Abstract



Parametric nonlinear optical processes are instrumental in optical quantum technology for generating entangled light. However, the range of materials conventionally used for producing entangled photons is limited. Metal-organic frameworks (MOFs) have emerged as a novel class of optical materials with customizable nonlinear properties and proven chemical and optical stability. The large number of combinations of metal atoms and organic ligand from which bulk MOF crystals are known to form, facilitates the search of promising candidates for nonlinear optics. To accelerate the discovery of next-generation quantum light sources, we employ a multi-scale modeling approach to study phase-matching conditions for collinear degenerate type-II spontaneous parametric down conversion (SPDC) with MOF-based one dimensional waveguides. Using periodic-density-functional theory calculations to compute the nonlinear optical properties of selected zinc-based MOF crystals, we predict polarization-entangled pair generation rates of order 104 4 - 107 7 s-1mW-1 - 1 mW - 1 at 1064 nm for 10 mm crystals, improving the brightness of industry materials such as PPKTP and BBO in some cases. This work underscores the great potential of MOF single crystals as entangled light sources for applications in quantum communication and sensing.

Revista



Revista ISSN
Optics Express 1094-4087

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Disciplinas de Investigación



WOS
Optics
Scopus
Atomic And Molecular Physics, And Optics
SciELO
Sin Disciplinas

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Publicaciones WoS (Ediciones: ISSHP, ISTP, AHCI, SSCI, SCI), Scopus, SciELO Chile.

Colaboración Institucional



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Autores - Afiliación



Ord. Autor Género Institución - País
1 Paiva, Simon - Universidad de Santiago de Chile - Chile
2 Fritz, Ruben Alejandro Hombre Universidad de Santiago de Chile - Chile
3 Raj, Sanoj - UNIV NOTRE DAME - Estados Unidos
Bowdoin Coll - Estados Unidos
College of Engineering - Estados Unidos
4 Colon, Yamil J. - UNIV NOTRE DAME - Estados Unidos
College of Engineering - Estados Unidos
5 HERRERA-DIAZ, FRANCISCO Hombre Universidad de Santiago de Chile - Chile
Millennium Inst Res Opt - Chile
Instituto Milenio de Investigación en Óptica - Chile

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Financiamiento



Fuente
Fondo Nacional de Desarrollo Científico y Tecnológico
Agencia Nacional de Investigación y Desarrollo

Muestra la fuente de financiamiento declarada en la publicación.

Agradecimientos



Agradecimiento
Agencia Nacional de Investigacion y Desarrollo (Fondecyt Postdoctoral 3110857, Fondecyt Regular 1221420, Millennium Science Initiative Program ICN17_012) .
Agencia Nacional de Investigaci\u00F3n y Desarrollo (Fondecyt Postdoctoral 3110857, Fondecyt Regular 1221420, Millennium Science Initiative Program ICN17_012). We thank Esteban Sep\u00FAlveda, Gustavo Lima, Stephen Walborn and Dinesh Singh for discussions. S.P., R.A.F. and F.H. thank support from ANID. S.R. and Y.J.C. acknowledge computational resources from the Center for Research Computing (CRC) at Notre Dame.

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