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单分子单光子发射及其源阵列首次清晰展示

单分子单光子发射及其源阵列首次清晰展示

  记者从中国科学技术大学获悉,该校单分子科学团队的董振超研究小组,通过发展与扫描隧道显微镜(STM)相结合的单光子检测技术和分子光电特性调控手段,首次清晰地展示了空间位置和形貌确定的单个分子在电激励下的单光子发射行为及其单光子源阵列。国际学术期刊《自然·通讯》9月18日发表了这项成果。

  单光子源的研究一直是量子信息领域的核心内容之一,清晰可控的高密度单光子源阵列更是构建量子芯片器件和量子网络的关键。在众多的单量子发光体,包括半导体量子点、原子、分子、色心等,单分子体系由于其发光频率易于调控、谱线较窄、且发光行为具有高度的均一性而受到广泛的关注。此外,电泵单光子源还在纳米光电集成和相关量子器件方面具有潜在的应用前景。

  但是,在迄今为止的单分子体系的电泵单光子源研究中,由于受幸运28到实验技术和荧光淬灭效应的制约,幸运28一直难以实现从空间位置和形貌确定的单幸运28个分子产生强而稳定的单分子电致发光信号,因此,基于单个孤立分子的电泵单光子发射行为一直未能得到清晰明确的展示。

  中国科学技术大学单分子科学团队通过巧妙调控隧道结纳腔等离激元的宽频、局域与增强特性,拓展了测量极限,为在单分子水平上观测和调控分子的光电行为提供了有力手段。他们通过研究发现,所有分子均表现出近乎全同的单光子发射特性,实现了高密度单光子源阵列的构造和展示。

  这些研究结果不仅为在纳米尺度研究金属附近分子的光物理现象提供了新的手段,也为研发面向光电集成量子技术的电泵单分子单光子源提供了新的思路。《自然·通讯》杂志的审稿人评价说,“这个结果无疑开创了该领域的最新水平,为纳米光子源的研究和发展提供了新的机会”。

  (原载于《科技日报》 2017-09-21 03版)