據(jù)外媒報(bào)道，科學(xué)家已經(jīng)研發(fā)出能夠在室溫和通信波長下實(shí)現(xiàn)單光子發(fā)射的碳納米管量子發(fā)光體。這些發(fā)射器可用于處理光學(xué)量子信息和信息安全，以及感測、計(jì)量和成像等。
該項(xiàng)目成功的關(guān)鍵點(diǎn)是能夠迫使納米管沿著管的單個(gè)點(diǎn)發(fā)出光，尤其是在缺陷部位。關(guān)鍵是將缺陷能級(jí)限制在每個(gè)管一個(gè)缺陷能級(jí)，以便每次只能發(fā)射一個(gè)光子。為了達(dá)到如此高的控制度，研究人員利用重氮基化學(xué)法將有機(jī)分子與納米管的表面結(jié)合，作為缺陷部位。重氮反應(yīng)能夠控制引入苯類缺陷，降低對周圍環(huán)境中自然波動(dòng)的敏感性。重氮基化學(xué)法還允許研究人員獲得納米管發(fā)射波長的固有可調(diào)性。
來自美國新墨西哥州洛薩拉摩斯國家實(shí)驗(yàn)室的研究人員認(rèn)為，已經(jīng)生成了通過使用化學(xué)功能化的碳納米管，在室溫和通信波長下能夠?qū)崿F(xiàn)單光子發(fā)射的首個(gè)材料。這些量子光發(fā)射器對于基于光學(xué)的量子信息處理和信息安全、超靈敏感測、計(jì)量學(xué)和成像需求以及量子光學(xué)研究的光子源十分重要。
可調(diào)諧單光子發(fā)射器可實(shí)現(xiàn)量子信息處理
在此次實(shí)驗(yàn)中，在單壁碳納米管中共價(jià)引入缺陷位點(diǎn)的激子局域化提供了一種具有超高單光子純度（99%）的室溫單光子發(fā)射和增強(qiáng)的接近拋物線噪聲極限的發(fā)射穩(wěn)定性的途徑。
研究人員進(jìn)一步表明，存在于其結(jié)構(gòu)多樣性中的單壁碳納米管的固有光學(xué)可調(diào)性促進(jìn)了跨越整個(gè)通信頻段的室溫單光子發(fā)射的產(chǎn)生。在研究中使用的最大納米管直徑（0.936nm），實(shí)現(xiàn)了深入通信C頻帶（1.55μm）中心的單光子發(fā)射。
大多數(shù)通過其他量子發(fā)射方法產(chǎn)生的波長對于通信應(yīng)用來說太短了。通過選擇適當(dāng)直徑的納米管，該研究團(tuán)隊(duì)能夠?qū)蝹�(gè)光子發(fā)射調(diào)諧到適當(dāng)?shù)耐ㄐ挪ㄩL區(qū)域。
美國新墨西哥州洛薩拉摩斯國家實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目負(fù)責(zé)人Stephen Doorn表示：“理想情況下，單個(gè)光子發(fā)射器能提供室溫運(yùn)行和通信波長的發(fā)射，但這仍然是一個(gè)難以實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)。到目前為止，可以在這些波長中作為單光子發(fā)射體的材料必須被冷卻到液氦溫度，因此它們不太適用于最大限度運(yùn)用或其他科研目的。
功能化碳納米管具有進(jìn)一步發(fā)展的前景，包括官能化化學(xué)的進(jìn)步；整合到光子、等離子體激元和超材料結(jié)構(gòu)中，以進(jìn)一步控制量子發(fā)射特性；實(shí)現(xiàn)安裝到不同應(yīng)用的電動(dòng)器件和光學(xué)電路中。
該研究已經(jīng)發(fā)表在了《自然光子學(xué)》雜志中。（文/Oscar譯）
