A single quantum dot deterministically coupled to a photonic crystal environment constitutes an indispensable elementary unit to both generate and manipulate single-photons in next-generation quantum photonic circuits. To date, the scaling of the number of these quantum nodes on a fully integrated chip has been prevented by the use of optical pumping strategies that require a bulky off-chip laser along with the lack of methods to control the energies of nano-cavities and emitters. Here, we concurrently overcome these limitations by demonstrating electrical injection of single excitonic lines within a nano-electro-mechanically tuneable photonic crystal cavity. When an electrically driven dot line is brought into resonance with a photonic crystal mode, its emission rate is enhanced. Anti-bunching experiments reveal the quantum nature of these on-demand sources emitting in the telecom range. These results represent an important step forward in the realization of integrated quantum optics experiments featuring multiple electrically triggered Purcell-enhanced single-photon sources embedded in a reconfigurable semiconductor architecture.

1.
J. L.
O'Brien
,
A.
Furusawa
, and
J.
Vučković
,
Nat. Photonics
3
,
687
695
(
2009
).
2.
A.
Aspuru-Guzik
and
P.
Walther
,
Nat. Phys.
8
,
285
291
(
2012
).
3.
S.
Aaronson
and
A.
Arkhipov
, in
Proceedings of the Forty-Third Annual ACM Symposium on Theory of Computing
,
2011
.
4.
A. J.
Shields
,
Nat. Photonics
1
,
215
223
(
2007
).
5.
N.
Somaschi
,
V.
Giesz
,
L.
De Santis
,
J. C.
Loredo
,
M. P.
Almeida
,
G.
Hornecker
,
S. L.
Portalupi
,
T.
Grange
,
C.
Anton
,
J.
Demory
 et al,
Nat. Photonics
10
,
340
345
(
2016
).
6.
C. P.
Dietrich
,
A.
Fiore
,
M. G.
Thompson
,
M.
Kamp
, and
S.
Höfling
,
Laser Photonics Rev.
10
(6),
870
894
(
2016
).
7.
E.
Purcell
,
Phys. Rev.
69
(
11–12
),
674
674
(
1946
).
8.
S.
Buckley
,
K.
Rivoire
, and
J.
Vučković
,
Rep. Prog. Phys.
75
,
126503
(
2012
).
9.
P.
Lodahl
,
S.
Mahmoodian
, and
S.
Stobbe
,
Rev. Mod. Phys.
87
,
347
400
(
2015
).
10.
J. P.
Sprengers
,
A.
Gaggero
,
D.
Sahin
,
S.
Jahanmirinejad
,
G.
Frucci
,
F.
Mattioli
,
R.
Leoni
,
J.
Beetz
,
M.
Lermer
,
M.
Kamp
 et al,
Appl. Phys. Lett.
99
,
181110
(
2011
).
11.
G.
Reithmaier
,
M.
Kaniber
,
F.
Flassig
,
S.
Lichtmannecker
,
K.
Müller
,
A.
Andrejew
,
J.
Vuckovic
,
R.
Gross
, and
J. J.
Finley
,
Nano Lett.
15
,
5208
5213
(
2015
).
12.
G. E.
Digeronimo
,
M.
Petruzzella
,
S.
Birindelli
,
R.
Gaudio
,
S.
Fattah Poor
,
F. W.
van Otten
, and
A.
Fiore
,
Photonics
3
,
55
(
2016
).
13.
Z.
Yuan
,
B. E.
Kardynal
,
R. M.
Stevenson
,
A. J.
Shields
,
C. J.
Lobo
,
K.
Cooper
,
N. S.
Beattie
,
D. A.
Ritchie
, and
M.
Pepper
,
Science
295
,
102
105
(
2002
).
14.
R. B.
Patel
,
A. J.
Bennett
,
I.
Farrer
,
C. A.
Nicoll
,
D. A.
Ritchie
, and
A. J.
Shields
,
Nat. Photonics
4
,
632
635
(
2010
).
15.
R. B.
Patel
,
A. J.
Bennett
,
K.
Cooper
,
P.
Atkinson
,
C. A.
Nicoll
,
D. A.
Ritchie
, and
A. J.
Shields
,
Nanotechnology
21
,
274011
(
2010
).
16.
C. L.
Salter
,
R. M.
Stevenson
,
I.
Farrer
,
C. A.
Nicoll
,
D. A.
Ritchie
, and
A. J.
Shields
,
Nature
465
,
594
597
(
2010
).
17.
T. H.
Chung
,
G.
Juska
,
S. T.
Moroni
,
A.
Pescaglini
,
A.
Gocalinska
, and
E.
Pelucchi
,
Nat. Photonics
10
,
782
787
(
2016
).
18.
J.
Zhang
,
J. S.
Wildmann
,
F.
Ding
,
R.
Trotta
,
Y.
Huo
,
E.
Zallo
,
D.
Huber
,
A.
Rastelli
, and
O. G.
Schmidt
,
Nat. Commun.
6
,
10067
(
2015
).
19.
J.
Nilsson
,
R. M.
Stevenson
,
K. H. A.
Chan
,
J.
Skiba-Szymanska
,
M.
Lucamarini
,
M. B.
Ward
,
A. J.
Bennett
,
C. L.
Salter
,
I.
Farrer
,
D. A.
Ritchie
 et al,
Nat. Photonics
7
,
311
315
(
2013
).
20.
R. M.
Stevenson
,
J.
Nilsson
,
A. J.
Bennett
,
J.
Skiba-Szymanska
,
I.
Farrer
,
D. A.
Ritchie
, and
A. J.
Shields
,
Nat. Commun.
4
,
2859
(
2013
).
21.
B.
Dzurnak
,
R. M.
Stevenson
,
J.
Nilsson
,
J. F.
Dynes
,
Z. L.
Yuan
,
J.
Skiba-Szymanska
,
I.
Farrer
,
D. A.
Ritchie
, and
A. J.
Shields
,
Appl. Phys. Lett.
107
,
261101
(
2015
).
22.
T.
Heindel
,
C. A.
Kessler
,
M.
Rau
,
C.
Schneider
,
M.
Fürst
,
F.
Hargart
,
W.-M.
Schulz
,
M.
Eichfelder
,
R.
Roßbach
,
S.
Nauerth
 et al,
New J. Phys.
14
,
083001
(
2012
).
23.
C.
Varnava
,
R.
Stevenson
,
J.
Nilsson
,
J.
Skiba-Szymanska
,
B.
Dzurnák
,
M.
Lucamarini
,
R.
Penty
,
I.
Farrer
,
D.
Ritchie
, and
A.
Shields
,
npj Quantum Inf.
2
,
16006
(
2015
).
24.
A. J.
Bennett
,
D. C.
Unitt
,
P.
See
,
A. J.
Shields
,
P.
Atkinson
,
K.
Cooper
, and
D. A.
Ritchie
,
Appl. Phys. Lett.
86
,
181102
(
2005
).
25.
D. J. P.
Ellis
,
A. J.
Bennett
,
S. J.
Dewhurst
,
C. A.
Nicoll
,
D. A.
Ritchie
, and
A. J.
Shields
,
New J. Phys
10
,
043035
(
2008
).
26.
H.-G.
Park
,
S.-H.
Kim
,
S.-H.
Kwon
,
Y.-G.
Ju
,
J.-K.
Yang
,
J.-H.
Baek
,
S.-B.
Kim
, and
Y.-H.
Lee
,
Science
305
,
1444
1447
(
2004
).
27.
M.
Francardi
,
L.
Balet
,
A.
Gerardino
,
N.
Chauvin
,
D.
Bitauld
,
L. H.
Li
,
B.
Alloing
, and
A.
Fiore
,
Appl. Phys. Lett.
93
,
143102
(
2008
).
28.
B.
Ellis
,
M. A.
Mayer
,
G.
Shambat
,
T.
Sarmiento
,
J.
Harris
,
E. E.
Haller
, and
J.
Vučković
,
Nat. Photonics
5
,
297
300
(
2011
).
29.
G.
Shambat
,
B.
Ellis
,
A.
Majumdar
,
J.
Petykiewicz
,
M. A.
Mayer
,
T.
Sarmiento
,
J.
Harris
,
E. E.
Haller
, and
J.
Vučković
,
Nat. Commun.
2
,
539
(
2011
).
30.
A.
Boretti
,
L.
Rosa
,
A.
Mackie
, and
S.
Castelletto
,
Adv. Opt. Mater.
3
,
1012
1033
(
2015
).
31.
L.
Midolo
,
J.
van Veldhoven
,
P. M. A.
Dündar
,
R.
Nötzel
, and
A.
Fiore
,
Appl. Phys. Lett.
98
,
211120
(
2011
).
32.
M.
Petruzzella
,
T.
Xia
,
F.
Pagliano
,
S.
Birindelli
,
L.
Midolo
,
Z.
Zobenica
,
L. H.
Li
,
E. H.
Linfield
, and
A.
Fiore
,
Appl. Phys. Lett.
107
,
141109
(
2015
).
33.
S.
Fattah poor
,
T. B.
Hoang
,
L.
Midolo
,
C. P.
Dietrich
,
L. H.
Li
,
E. H.
Linfield
,
J. F. P.
Schouwenberg
,
T.
Xia
,
F. M.
Pagliano
,
F. W. M.
van Otten
, and
A.
Fiore
,
Appl. Phys. Lett.
102
,
131105
(
2013
).
34.
M.
Petruzzella
,
T.
Xia
,
F. M.
Pagliano
,
S.
Birindelli
,
L.
Midolo
,
Ž.
Zobenica
,
L. H.
Li
,
E. H.
Linfield
, and
A.
Fiore
, in
European Quantum Electronics Conference
,
2015
.
35.
U.
Hohenester
,
A.
Laucht
,
M.
Kaniber
,
N.
Hauke
,
A.
Neumann
,
A.
Mohtashami
,
M.
Seliger
,
M.
Bichler
, and
J. J.
Finley
,
Phys. Rev. B
80
(
20
),
201311
(
2009
).
36.
D.
Regelman
,
U.
Mizrahi
,
D.
Gershoni
,
E.
Ehrenfreund
,
W.
Schoenfeld
, and
P.
Petroff
,
Phys. Rev. Lett.
87
(
25
),
257401
(
2001
).
37.
T. B.
Hoang
,
J.
Beetz
,
M.
Lermer
,
L.
Midolo
,
M.
Kamp
,
S.
Höfling
, and
A.
Fiore
,
Opt. Express
20
,
21758
21765
(
2012
).
38.
F.
Pagliano
,
C.
YongJin
,
T.
Xia
,
F.
van Otten
,
R.
Johne
, and
A.
Fiore
,
Nat. Commun.
5
,
5786
(
2014
).
39.
P.
Lodahl
,
S.
Mahmoodian
,
S.
Stobbe
,
A.
Rauschenbeutel
,
P.
Schneeweiss
,
J.
Volz
,
H.
Pichler
, and
P.
Zoller
,
Nature
541
,
473
480
(
2017
).
40.
S.
Sun
,
H.
Kim
,
G. S.
Solomon
, and
E.
Waks
,
Appl. Phys. Lett.
103
,
151102
(
2013
).
You do not currently have access to this content.