中國(guó)科學(xué)院5月11日宣布，該院所屬中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)完成一項(xiàng)最新研究，首次在類石墨烯單原子層半導(dǎo)體材料中發(fā)現(xiàn)非經(jīng)典單光子發(fā)射，打開(kāi)了通往新型光量子器件的新道路。
自2004年有科學(xué)家成功制備石墨烯(即單原子層碳)以來(lái)，該材料的物理內(nèi)涵和優(yōu)異性質(zhì)引發(fā)外界對(duì)基礎(chǔ)和應(yīng)用研究的熱潮。但因石墨烯的電子結(jié)構(gòu)中不具備能隙，限制了其在光電器件方面的應(yīng)用。
不過(guò)，新型的有直接帶隙的類石墨烯材料“單原子層過(guò)渡金屬硫化物”以其獨(dú)特的光電性質(zhì)受到關(guān)注。只是此前國(guó)際上所有關(guān)于單原子層二維材料的研究集中于經(jīng)典光學(xué)領(lǐng)域，尚未在實(shí)驗(yàn)上觀察到光子反聚束等量子光學(xué)現(xiàn)象。
中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉、陸朝陽(yáng)等與華盛頓大學(xué)許曉棟、香港大學(xué)姚望合作研究發(fā)現(xiàn)，二硒化鎢(WSe2)二維單原子層中的原子缺陷能夠束縛激子，成為非經(jīng)典的單光子發(fā)射器，“和其他的單光子系統(tǒng)相比，這種基于單原子層的單光子器件不僅利于光子的讀取和控制，還可方便地制備和實(shí)現(xiàn)與其他的光電器件平臺(tái)結(jié)合”。
這項(xiàng)研究意味著可以實(shí)現(xiàn)高效光量子信息處理線路。理論還表明，科學(xué)家通過(guò)控制電場(chǎng)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)單電子自旋—谷耦合自由度的量子調(diào)控，“未來(lái)將應(yīng)用于可容錯(cuò)量子計(jì)算的研究”。
事實(shí)上，具有潛在前景的基于單原子層的量子調(diào)控領(lǐng)域已成為國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)焦點(diǎn)。潘建偉團(tuán)隊(duì)的研究成果5日在線發(fā)表于《自然·納米技術(shù)》，法國(guó)強(qiáng)磁場(chǎng)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室等三個(gè)歐美獨(dú)立研究團(tuán)隊(duì)也有類似研究成果，但晚于中國(guó)團(tuán)隊(duì)投稿。
值得一提的是，潘建偉團(tuán)隊(duì)在可擴(kuò)展光量子信息處理技術(shù)的系統(tǒng)研究上已取得一批成果，包括在國(guó)際上首次實(shí)現(xiàn)單原子層半導(dǎo)體量子器件、實(shí)現(xiàn)量子人工智能算法實(shí)驗(yàn)等，在光量子信息領(lǐng)域保持著國(guó)際領(lǐng)先地位。
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