室溫下首次實(shí)現(xiàn)電驅(qū)動(dòng)單光子源

科技日?qǐng)?bào)杭州11月20日電 (記者江耘 通訊員周煒)高品質(zhì)的單光子源是實(shí)現(xiàn)光量子信息技術(shù)的基礎(chǔ)。20日，記者從浙江大學(xué)獲悉，該校光電學(xué)院方偉與化學(xué)系金一政、彭笑剛合作，首次實(shí)現(xiàn)了室溫下基于膠體量子點(diǎn)的電驅(qū)動(dòng)高純度單光子源，為研發(fā)實(shí)用化、集成化的單光子源開辟出一條新路。該成果研究論文日前發(fā)表于《自然·通訊》雜志上。

太陽(yáng)光、電燈等發(fā)出的都是“抱團(tuán)”的光子，而單光子源在確定的時(shí)間內(nèi)最多發(fā)射一個(gè)光子。方偉介紹，光子“單行”，才能實(shí)現(xiàn)量子通信、光量子計(jì)算機(jī)等新一代技術(shù)實(shí)現(xiàn)所必須依賴的量子效應(yīng)。設(shè)計(jì)制造出可集成化、使用方便的理想的單光子源一直是科學(xué)家們追求的目標(biāo)。2014年起，方偉等學(xué)者就嘗試用膠體量子點(diǎn)來(lái)制造新型的單光子源。

膠體量子點(diǎn)是一種已知的發(fā)光性能極好的納米晶體材料。科學(xué)家要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)是：如何讓單個(gè)量子點(diǎn)在室溫下通過電激發(fā)，高效地發(fā)出一個(gè)光子。在量子點(diǎn)中，如果電子與空穴復(fù)合，就會(huì)發(fā)出光子。由于通常狀態(tài)下，半導(dǎo)體材料中的電子比空穴“跑”得快得多，想要在單個(gè)量子點(diǎn)中制造和諧的“復(fù)合”，必須想辦法平衡兩者速率。

在浙江大學(xué)現(xiàn)代光學(xué)儀器國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室里，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(jié)構(gòu)中，包含了巧妙的設(shè)計(jì)：他們將單個(gè)的膠體量子點(diǎn)用絕緣層包裹起來(lái)。這個(gè)絕緣層放慢了電子的“步伐”，同時(shí)也阻止了電子與空穴的直接復(fù)合而產(chǎn)生“雜光”。在2.6V電壓的驅(qū)動(dòng)下，單個(gè)的膠體量子點(diǎn)成功被激發(fā)，屏幕上看到的針尖大小的亮點(diǎn)，正是膠體量子點(diǎn)發(fā)出的一個(gè)個(gè)“單行”的光子。