室溫下首次實現(xiàn)電驅動單光子源

科技日報杭州11月20日電 (記者江耘 通訊員周煒)高品質的單光子源是實現(xiàn)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(xiàn)了室溫下基于膠體量子點的電驅動高純度單光子源，為研發(fā)實用化、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。

太陽光、電燈等發(fā)出的都是“抱團”的光子，而單光子源在確定的時間內最多發(fā)射一個光子。方偉介紹，光子“單行”，才能實現(xiàn)量子通信、光量子計算機等新一代技術實現(xiàn)所必須依賴的量子效應。設計制造出可集成化、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制造新型的單光子源。

膠體量子點是一種已知的發(fā)光性能極好的納米晶體材料。科學家要實現(xiàn)的目標是：如何讓單個量子點在室溫下通過電激發(fā)，高效地發(fā)出一個光子。在量子點中，如果電子與空穴復合，就會發(fā)出光子。由于通常狀態(tài)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制造和諧的“復合”，必須想辦法平衡兩者速率。

在浙江大學現(xiàn)代光學儀器國家重點實驗室里，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復合而產生“雜光”。在2.6V電壓的驅動下，單個的膠體量子點成功被激發(fā)，屏幕上看到的針尖大小的亮點，正是膠體量子點發(fā)出的一個個“單行”的光子。