量子光源：魔鬼在量子排放的缺陷细节

艺术家的印象，显示HBN生长期间单光子发射器的掺入。

研究有助于解锁发出单个光子的缺陷中的化学结构。

可以发射单个光子流的系统，称为量子光源，是用于新兴技术的关键硬件组件，例如量子计算，量子互联网和量子通信。

在许多情况下，产生量子灯按需产生量子灯的能力需要操纵和控制单个原子或分子，推动现代制造技术的极限，并使这些系统的发展成为跨学科挑战。

在新的研究中，发表于自然材料，由技术大学悉尼（UTS）领导的国际多学科合作，已经发现了白石墨烯（六边形氮化物，HBN）的缺陷背后的化学结构，这两维纳米材料伟大的希望作为产生量子灯的平台。

缺陷或晶体缺陷可以充当单个光子源，并且了解其化学结构对于能够以受控方式制造它们是至关重要的。

“HBN单光子发射器显示出优异的光学性质，其中最佳的任何固态材料系统，然而，为了实际使用它们，我们需要了解缺陷的性质，我们终于开始解开了这个谜语，”UTS说博士候选诺亚孟德尔森和研究的第一作者。

“不幸的是，我们不能简单地将强大的技术与量子光学测量相结合以便直接可视化单个原子，因此获得这种结构信息非常具有挑战性。相反，我们通过控制在生长期间控制掺杂剂，如碳，然后直接比较各自的光学性能，从而通过不同的角度从不同的角度攻击这个问题。“

为了实现这一综合研究，团队，由Igor Aharonovich教授，由ARC卓越的转型元光学材料（TMOS）的UTS节点的首席调查员转向澳大利亚和世界各地的合作者提供阵列需要样品。

研究人员能够首次观察到碳掺入到HBN格子和量子发射之间的直接联系。

“确定材料缺陷的结构是一个令人难以置信的具有挑战性的问题，需要来自许多学科的专家。这不是我们在我们团体内完成的东西。只有通过与来自世界各地的合作者合作，只有其专业知识在于不同的材料，我们可以全面研究这个问题。我们终于能够提供整体研究界所需的清晰度，“Aharonovich教授说。

“这令人兴奋特别令人兴奋，因为这项研究是通过与澳大利亚国立大学的TMOS节点的新协作努力，Hark Hoe Tan，Hark Hoe Tan和Chennupati Jagadish的新协作努力，”他说。

科学家们还确定了他们的研究中的另一个有趣特征，即缺陷携带旋转，基本量子力学性能和用于编码和检索存储在单个光子上的量子信息的关键元件。

“确认这些缺陷携带旋转为未来量子传感应用开辟了令人兴奋的可能性，特别是用原子薄材料。”阿马诺维奇教授说。

该作品带来了一个新颖的研究领域，2D量子闪奖，并为来自HBN的量子光发射进行了进一步研究的基础。作者预计他们的工作将刺激对现场的兴趣增加，并促进一系列后续实验，例如来自HBN的缠结光子对的产生，对系统的旋转性质的详细研究，以及缺陷结构的理论确认。

“这只是一个开始，我们预计我们的调查结果将加速部署HBN量子发射器的一系列新兴技术，”孟德尔森先生结束。

参考：“将碳作为六边形硼氮化物的可见单光子排放来源鉴定”六角形丁片“，Dipankar Chugh，Jeffrey R. Reimers，TiN S. Chenge，Andreas Gottscholl，Hu Long，Christopher J. Mellor，Alex Zettl，Vladimir Dyakonov ，彼得H.Beton，谢尔盖V.诺维诺夫，Chennupati Jagadish，Hark Hoe Tan，Michael J. Ford，Milos Toth，Carlo Bradac和Igor Aharonovich，2020年11月2日，Nature Material.doi：
10.1038 / s41563-020-00850-y

资金：澳大利亚研究委员会，航空航天研究与发展，美国能源部，国家计算基础设施（NCI），相交，上海大学，中国国家自然科学基金，德国研究基金会

上海大学的研究人员，诺丁堡大学诺丁堡大学，加州大学 - 伯克利和特伦特大学也参与了这项研究。