二维材料结合制作“量子LED”,这又是怎样的发现?

实现利用纠缠态的量子状态完成复杂计算在内的量子计算的科学和工程上的挑战之一就是创造一个可以电控产生单光子在量子网络中承载数据的器件。产生这些单光子的方法之一是利用精确设置的光学元件构成复合多激光装置。近来,层状材料制成的量子发射器展现出了发展潜力。但即便是这些层状材料也需要某种光源去触发单光子的发射。

图片来源:MeteAtatüre

剑桥大学的研究者在《自然·通信》(Nature Communications)发文称,作为有光学活性的半导体,二硒化钨和二硫化钨可以用于制作量子光发生器。

过渡金属硫族化合物薄层提供了一个电子填充空穴的二维紧密受限区域。当电子移动到处于较低能级的空穴中时,能级差会产生一个光子。在英国研究者制作的量子LED中,电压推动电子通过器件并填充空穴,产生单光子。研究者们相信,这个完全电控的超薄平台将使量子通信中的片上单光子发射更接近现实。

“最终,我们需要一个可以通过电脉冲控制的完全集成器件,而不必用外部光源将激光汇聚在电路的不同部分。”论文的主要作者之一,来自剑桥大学卡文迪许实验室(Cambridge’s Cavendish Laboratory)的教授Mete Atatüre在新闻发布会上说道。“对于单光子量子通信和不同节点之间的量子网络来说,我们希望仅仅通过驱动电流得到光。有很多发射器是光驱动的,但只有少数是电驱动的。”

这项研究表明二硒化钨可以作为电控量子发射器。然而研究者也表明二硫化钨是一种全新的可以全电控产生可见光波段单光子的量子发射器。

Atatüre补充道:“我们选择二硫化钨是因为我们想看看是不是不同材料能发射不同光谱范围的单光子。因此,我们发现量子发射并不是二硒化钨的独特性质,这暗示着许多其他层状材料也可能有这种量子点特性。”

来源:IEEE Spectrum 中国数字科技馆编译

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