中國科大等發現基于單原子層的新型單光子源

　　中國科學技術大學潘建偉、陸朝陽等與華盛頓大學許曉棟、香港大學姚望合作，在國際上首次在類石墨烯單原子層半導體材料中發現非經典單光子發射，連接了量子光學和二維材料這兩個重要領域，打開了一條通往新型光量子器件的道路。該工作于5月5日在線發表在《自然·納米技術》上。同期的“新聞視角”欄目撰文評論該工作“開辟了一個新的研究領域”。

　　自2004年曼徹斯特大學的Geim和Novoselov成功制備石墨烯（即單原子層碳）以來，其美妙的物理內涵和優異的性質引發了對基礎和應用研究的熱潮。然而石墨烯的電子結構中不具備能隙，限制了其在光電器件方面的應用。最近，一類新型的有直接帶隙的類石墨烯材料：單原子層過渡金屬硫化物（如MoS2, WSe2等），由于其獨特的光電性質受到廣泛的關注。然而，此前國際上所有的關于單原子層二維材料的研究都集中于經典光學領域，還未在實驗上觀察到如光子反聚束等量子光學現象。

　　潘建偉、陸朝陽等領導的團隊在國際上首次實驗發現，WSe2二維單原子層中的原子缺陷能夠束縛激子而成為非經典的單光子發射器，驗證其二階關聯函數約為0.14。單光子具有極窄的譜線線寬約100微電子伏特，比WSe2二維單原子層非定域的谷激子的線寬小兩個數量級。通過磁光測量發現缺陷中激子具有異常大的朗德g因子，大約為8.7，遠大于單原子層谷激子和InAs量子點。和其他的單光子系統相比，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，并且可方便地制備和實現與其他的光電器件平臺結合，例如微納結構諧振腔，實現高效光量子信息處理線路。理論表明，通過電場控制，還可能實現對單電子自旋—谷耦合自由度的量子調控，在未來可應用于可容錯量子計算的研究。

　　由于基于單原子層的量子調控的潛在前景和新穎物理意義，該領域很快已經成為國際激烈競爭的焦點。同時在《自然·納米技術》在線發表的還有稍晚于中國團隊投稿的三個歐美獨立研究團隊的類似研究成果，分別來自瑞士蘇黎世聯邦理工學院、法國強磁場國家實驗室和美國羅切斯特大學。

　　潘建偉團隊在中科院、教育部、科技部和基金委的長期支持下，面向可擴展光量子信息處理技術前瞻性地開展了系統性研究，2015年至今的成果包括在國際上首次實現單原子層半導體量子器件（Nature Nanotechnology 2015）、實現量子人工智能算法實驗（Phys. Rev. Lett. 114, 110504； 2015）、發展多自由度隱形傳態技術（Nature 518, 516-519； 2015），探索可升級量子網絡和量子計算的研究等，在光量子信息領域繼續保持著國際領先地位。

中國科大等發現基于單原子層的新型單光子源