中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉、陸朝陽等與華盛頓大學(xué)許曉棟、香港大學(xué)姚望合作，在國際上首次在類石墨烯單原子層半導(dǎo)體材料中發(fā)現(xiàn)非經(jīng)典單光子發(fā)射器，連接了量子光學(xué)和二維材料這兩個(gè)重要領(lǐng)域，打開了一條通往新型光量子器件的道路。該工作近日在線發(fā)表在《自然》雜志子刊《自然·納米技術(shù)》上。同期的“新聞視角”欄目撰文評(píng)論該工作“開辟了一個(gè)新的研究領(lǐng)域”。

2004年曼徹斯特大學(xué)安德烈·海姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫成功制備石墨烯(即單原子層碳)，獲得2010年諾貝爾物理獎(jiǎng)。然而石墨烯不具備可直接發(fā)光的電子結(jié)構(gòu)，限制了其在光電器件方面的應(yīng)用。最近一類新型的類石墨烯材料單原子層二硒化鎢由于其獨(dú)特的光電性質(zhì)受到廣泛的關(guān)注。然而此前國際上所有關(guān)于單原子層二維材料的研究都集中于經(jīng)典光學(xué)領(lǐng)域，還未在實(shí)驗(yàn)上觀察到量子光學(xué)現(xiàn)象。

潘建偉、陸朝陽等領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)在國際上首次實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，二硒化鎢二維單原子層中的原子缺陷能夠成為發(fā)射單光子的器件，具有很好的單色性和偏振性質(zhì)，并且可以通過外加磁場(chǎng)大幅調(diào)控發(fā)光波長。與其他的單光子系統(tǒng)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(shí)現(xiàn)與其他光電器件平臺(tái)結(jié)合，例如微納結(jié)構(gòu)諧振腔，實(shí)現(xiàn)高效光量子信息處理線路。理論表明，通過電場(chǎng)控制，還可能實(shí)現(xiàn)對(duì)單電子多自由度的量子調(diào)控，在未來可應(yīng)用于可容錯(cuò)量子計(jì)算研究。陸朝陽教授介紹說，由于基于單原子層的量子調(diào)控的潛在前景和新穎物理意義，該領(lǐng)域很快成為國際激烈競(jìng)爭的焦點(diǎn)。