高纯度的室温电驱动单光子的实现 ――9999js金沙老品牌合作成果在《Nature Communications》期刊上发表

发布者:admin发布时间:2017-11-09浏览次数:200

近日,浙大大学9999js金沙老品牌的方伟副教授课题组与化学系彭笑刚、金一政课题组合作,首次实现了室温下基于胶体量子点的电驱动高纯度的单光子源。研究成果于20171026日发表在《Nature Communications》期刊上【Lin, X. et al. Electrically-driven single-photon sources based on colloidal quantum dots with near-optimal antibunching at room temperature, Nat. Commun.8, 1132 (2017). DOI: 10.1038/s41467-017-01379-6】。
 
1. 器件示意图
单光子源指的是在一个确定的时间内最多只发射一个光子的量子光源,是实现量子通讯、光量子计算和量子计量等光量子信息技术不可或缺的光源。其独特的量子统计性质使得单光子不能通过衰减激光、热光源(如太阳光、日光灯、LED等常见光源)这样的经典光源来获得,而往往需要通过激发单个原子、分子、缺陷态或半导体量子点等二能级体系来制备。高品质的单光子的获得通常需要庞大的冷阱系统来维持~4K的低温及复杂的光路来进行精确的激发和调控,不利于设备的小型化和芯片集成化。因此如何摆脱这些复杂的辅助系统,而在室温下实现电驱动调控的单光子源成为人们所追求的目标。
然而迄今为止,室温电驱动单光子源仅有的几个实现方案都是基于宽禁带半导体材料生长过程中通过掺杂引入的单个缺陷的发光。这样的实现方案的制备工艺复杂,结构可控性差,同时其较高的工作电压(>10V)可以激发各种缺陷而产生很强的背景荧光,因此还需要通过辅助的滤波手段来提高单光子纯度。
在这项工作中,研究人员巧妙地通过在稀疏分布的胶体量子点发光层上包覆一个PMMA绝缘薄层,成功地抑制了背景荧光,同时提高了量子点的发光效率。得益于荧光性能优异的胶体量子点及新颖的器件结构设计,这种通过溶液旋涂法制备的单光子器件在室温环境及2.6V工作电压下,不需要进行任何光谱或时间滤波便获得了高纯度的单光子(二阶相关系数g20<0.05)。而这个纯度以往只能在液氦温度环境(~4K)及苛刻的控制条件下获得。
 
2. 二阶相关系数测量值表明高纯度的单光子产生
这种单光子源的溶液旋涂法制备工艺不但操作简单,而且可以拓展应用到如钙钛矿、通讯波段量子点等胶体体系,为实用化的室温单光子源的实现开辟了一条新的道路。