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可于室温操作的量子点单光子源问世

2014/3/7 9:20:24来源:本站原创 【字体:

导 读:日本研究人员发现氮化镓(GaN)量子点(quantum dot, QD)可在室温下发出单一光子。此发现证明这些具有宽能隙的三族氮化物半导体能作为室温单光子源,该结构非常适合应用于未来量子信息处理器中的芯片通讯(on-chip communication)。
关 键 词:量子点 单光子源

可于室温操作的量子点单光子源问世

  日本研究人员发现氮化镓(GaN)量子点(quantum dot, QD)可在室温下发出单一光子。此发现证明这些具有宽能隙的三族氮化物半导体能作为室温单光子源,该结构非常适合应用于未来量子信息处理器中的芯片通讯(on-chip communication)。

  能在室温下操作的单光子发射器可以使用于芯片量子通讯中,并能提供量子计算所需的量子位(qbit)。III族氮化物所制作的量子点很适合用来制作这类组件,原因是这类材料具有高温及化学稳定性、能承受大电压,而且发出的光子波长可从紫外光涵盖至红外光。然而,由于III族氮化物有样品质量不佳的问题,在此之前一直未能以此材料开发出室温单光子发射器。

  最近 ,东京大学(University of Tokyo)的Yasuhiko Arakawaua团队在无尘室中以区域选择性金属有机化学气相沉积法(selective-area MOCVD)成功制作此氮化镓量子点组件。他们在覆盖了25 nm厚氮化铝层的蓝宝石基板上生长量子点。制程包含溅镀25 nm厚的二氧化硅于基板表面上,并以电子束光刻技术和反应性离子刻蚀制作孔隙阵列,这些孔隙用来分别成长氮化镓纳米线及量子点。接着他们在纳米线周围成长AlxGa1–xN层以形成核壳型结构,在其上并成长GaN量子点,最后以AlGaN层覆盖结构。透过此方法,研究人员能控制量子点在基板上的位置,藉由脉冲激光激发量子点并探测其所发出的光。

  理论上,单光子量子发射器在每一脉冲激光激发下应产生单一光子。为了验证组件性质,他们将量子点所射出的光导入两路径中,并以两组探测器进行时间测量,证实他们的GaN纳米线量子点的确为单光子源。更重要的是,在室温下依旧能观察到此单光子源性质。研究人员相信这是因为GaN量子点位置能精准控制的原因。

  单光子发射器一般被认为非常适合使用于量子密码学(quantum cryptography),不过该团队认为他们的组件更适合量子信息处理器的芯片通讯之用。他们目前正计划测量组件的操作速度,并试图改以注入电流的方式使其运作,而非以激光激发。详见Nano Lett. | DOI: 10.1021/nl404400d。

   原始网站:http://nanotechweb.org/cws/article/tech/56085

 



 
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