單分子單光子發射及其源陣列首次清晰展示

科技日報合肥9月20日電 （記者吳長鋒）記者從中國科學技術大學獲悉，該校單分子科學團隊的董振超研究小組，通過發展與掃描隧道顯微鏡（STM）相結合的單光子檢測技術和分子光電特性調控手段，首次清晰地展示了空間位置和形貌確定的單個分子在電激勵下的單光子發射行為及其單光子源陣列。國際學術期刊《自然·通訊》9月18日發表了這項成果。

單光子源的研究一直是量子信息領域的核心內容之一，清晰可控的高密度單光子源陣列更是構建量子晶元器件和量子網路的關鍵。在眾多的單量子發光體，包括半導體量子點、原子、分子、色心等，單分子體系由於其發光頻率易於調控、譜線較窄、且發光行為具有高度的均一性而受到廣泛的關注。此外，電泵單光子源還在納米光電集成和相關量子器件方面具有潛在的應用前景。

但是，在迄今為止的單分子體系的電泵單光子源研究中，由於受到實驗技術和熒光淬滅效應的制約，一直難以實現從空間位置和形貌確定的單個分子產生強而穩定的單分子電致發光信號，因此，基於單個孤立分子的電泵單光子發射行為一直未能得到清晰明確的展示。

中國科學技術大學單分子科學團隊通過巧妙調控隧道結納腔等離激元的寬頻、局域與增強特性，拓展了測量極限，為在單分子水平上觀測和調控分子的光電行為提供了有力手段。他們通過研究發現，所有分子均表現出近乎全同的單光子發射特性，實現了高密度單光子源陣列的構造和展示。

這些研究結果不僅為在納米尺度研究金屬附近分子的光物理現象提供了新的手段，也為研發麵向光電集成量子技術的電泵單分子單光子源提供了新的思路。《自然·通訊》雜誌的審稿人評價說，「這個結果無疑開創了該領域的最新水平，為納米光子源的研究和發展提供了新的機會」。

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！