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科学研究
科研成果
王新强、沈波、葛惟昆等在氮化物基单光子源研究中取得重要进展
发布日期:2020-09-14浏览次数:


单光子源是实现未来光量子技术(包括光量子计算、量子秘钥分配等)的一种必要光源。迄今为止,已有多种结构和材料体系被用于实现高品质的单光子源。III族氮化物量子点具有发光波长覆盖面广和振子强度大的特点,有望实现室温应用。然而氮化物量子点系统发展至今,总会存在难以控制的微小尺寸变化,进而导致不同发射体之间发射能量的相对较大的变化。因此,利用新材料或新技术开发单光子源的基础研究至关重要。

针对这一难题,信游平台王新强、沈波、葛惟昆等与东京大学合作,发展出了一种由空间分离的InGaN单原子层嵌入在GaN薄膜中形成的新型量子发射器。研究团队采用分子束外延制备出单原子层In(Ga)N结构 (Phys. Rev. Mater. 2018, 2, 011601),实验观测和计算结果皆证明In原子周期性地以In:Ga ~ 12的比例嵌入Ga原子矩阵中。为了进一步在空间上使得周期性的In原子分离,同时也提高光子的提取效率,通过纳米压印技术把平面结构图形化,将其刻蚀成阵列式的柱状结构。光学研究证明,所形成的单光子发射系统具有非常稳定的发光能量,强发光效率和高品质的二阶相关度,为未来的光量子技术的发展提供了更多的可能性。


图1. 可控可调节的InGaN单层嵌入GaN薄膜中形成的新型量子发射器


相关研究成果Single photon emission from isolated monolayer islands of InGaN2020年9月9日发表于Light: Science & Applications (LIGHT-SCI APPL, 9, 159 (2020)). 第一作者为博士毕业生孙萧萧(现为苏黎世联邦理工学院ETH fellow),王新强教授和东京大学的Mark Holmes教授为论文通讯作者,沈波教授和葛惟昆教授参与和指导了本课题的工作。该研究成果得到了自然科学基金委、科技部、北京市科委等相关项目及北京大学人工微结构与介观物理国家重点实验室、纳光电子前沿科学中心,量子物质科学协同创新中心和电子显微镜实验室等的大力支持。