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量子调控在芯片平台上实现基于二维材料的有序量子光源

发布时间: 2019-04-15  点击次数: 1013次

 

    2015年中国科学技术大学潘建伟、陆朝阳教授等人在WSe2二维单原子层半导体材料中发现非经典单光子发射,连接了量子光学和二维材料这两个重要域,打开了条通往新型光量子器件的道路。由于基于单原子层的量子调控的潜在前景和新颖物理意义,该域很快成为激烈竞争的焦点。国内外的科学家们直在进步探索量子发射器、量子计算机等相关域的新技术与新应用。

 

    现在,来自史蒂文斯理工学院Stefan Strauf教授组报道了种新的制备率量子发射器的方法,用于在芯片平台上创建大量的量子光源。该方法具有有序可控以及量子产率高的点,不仅为不可破解的加密系统开发铺平道路,而且还为量子计算机的研发提供了可能的技术方案。该项工作成果发表在Nature Nanotechnology <单层WSe2中位点控制的量子发射体与等离子体纳米腔的确定性耦合>文中,文中描述了种在芯片任意位置按需创建量子光源的新方法(如图1a所示)。

 

图1:在芯片上任意位置按需创建量子光源的示意图
(图片来源:Nature Nanotechnology 13,1137–1142 (2018))

    蓝宝石衬底上分布了有序分布的金颗粒(立方体)阵列,单层WSe2被转移到衬底上,三氧化二铝分隔层与金镜子也被加入实验的设计。理论与实验证明了单光子发射器存在于每个金颗粒的四角处。实验发现单光子发射器实现了每秒发射4200万个光子,创历史新高。

    值得指出的是,在量子发射器光致发光谱的测量过程中(如图2所示),使用了德国attocube systems AG公司的低温强磁场共聚焦显微镜attoDRY1100+attoCFM(如图3所示),它简单易用,模块化的设计满足了光学实验开放性与灵活性的要求。低温与强磁场下的光致发光、荧光光谱、拉曼光谱、光电流、电致发光、电学测量等材料性质测量都可以由此实验平台实现。

 

图2:低温磁场中单层WSe2与金纳米立方体耦合的光致发光测量结果
(图片来源:Nature Nanotechnology 13,1137–1142 (2018))


图3:低振动无液氦磁体与恒温器—attoDRY系列
超低振动是提供高分辨率与长时间稳定光谱的关键因素

 

    无液氦低温强磁场显微镜attoCFM使用低温与强磁场适用的位移器使样品在三个不同线性轴方向上进行几个毫米范围的精细移动。配合殊设计的适用于高NA值的低温物镜,系统可准确定位与发现微米尺度的样品。外置的光学头可自由更换光学部件,可立调节激发和接受端口。该系统因而可以实现微纳米尺度下样品定量表面性质表征。


图4:无液氦低温强磁场显微镜attoCFM系统具有超高稳定性与大灵活性,
简单易用,是研究具有挑战性的量子光学实验的*

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