室溫下首次實現電驅動單光子源

2020-12-04 中國江蘇網

高品質的單光子源是實現光量子信息技術的基礎。20日，記者從浙江大學獲悉，該校光電學院方偉與化學系金一政、彭笑剛合作，首次實現了室溫下基於膠體量子點的電驅動高純度單光子源，為研發實用化、集成化的單光子源開闢出一條新路。該成果研究論文日前發表於《自然·通訊》雜誌上。

太陽光、電燈等發出的都是「抱團」的光子，而單光子源在確定的時間內最多發射一個光子。方偉介紹，光子「單行」，才能實現量子通信、光量子計算機等新一代技術實現所必須依賴的量子效應。設計製造出可集成化、使用方便的理想的單光子源一直是科學家們追求的目標。2014年起，方偉等學者就嘗試用膠體量子點來製造新型的單光子源。

膠體量子點是一種已知的發光性能極好的納米晶體材料。科學家要實現的目標是：如何讓單個量子點在室溫下通過電激發，高效地發出一個光子。在量子點中，如果電子與空穴複合，就會發出光子。由於通常狀態下，半導體材料中的電子比空穴「跑」得快得多，想要在單個量子點中製造和諧的「複合」，必須想辦法平衡兩者速率。

在浙江大學現代光學儀器國家重點實驗室裡，記者看到了一片片指甲蓋大小的透明器件，厚度不到一毫米的結構中，包含了巧妙的設計：他們將單個的膠體量子點用絕緣層包裹起來。這個絕緣層放慢了電子的「步伐」，同時也阻止了電子與空穴的直接複合而產生「雜光」。在2.6V電壓的驅動下，單個的膠體量子點成功被激發，屏幕上看到的針尖大小的亮點，正是膠體量子點發出的一個個「單行」的光子。

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