美国研究人员在单层半导体上直接形成量子光源

【报道】由美国海军研究实验室（NRL）和空军研究实验室（AFRL）的顶尖科学家们共同研发的创新技术，成功在单层半导体材料（如二硒化钨）上直接生成量子光源，这一重大突破标志着量子技术的新里程碑。

传统的发光二极管会释放大量光子，形成连续的光流。理想的单光子发射器（SPEs）或量子发射器与众不同，它们每次仅释放一个光子，且每个光子都是独一无二的，无法相互区分。这种特性对于未来科技至关重要，尤其在计算、安全通信、传感和计量等领域。为了将这些特性转化为实际应用，需要一个精确且可重复的单光子发射器材料平台，该平台需与现有的半导体芯片制造技术兼容。

NRL的科学家们运用原子力显微镜（AFM）技术，在聚合物薄膜衬底上的二硒化钨（WSe2）单分子层材料上制造纳米级的凹陷。这些凹陷周围产生的局部高应变场，能够促使二硒化钨进入单光子发射状态。AFRL的科学家们通过精确的时间测量技术，证实了这些单光子发射器的特性。这些发射器的光子频率高且光谱稳定，符合新兴技术的关键需求。

首席研究员Berend Jonker博士指出，这项创新技术不仅能实时设计和精确放置单光子发射器，还易于与光子波导、空腔和等离子体结构耦合。纳米级的凹陷技术甚至可以实现阵列或模式化的量子发射器的晶圆级别制造。这一技术的灵活性和精确性为二维材料上的应变工程提供了宝贵的经验。

这项研究不仅为二维材料作为量子光源的固态主机铺平了道路，还将在国防部的任务中发挥关键作用，如安全通信、传感和量子计算等。想象一下，远程部队之间的通信变得更加安全，不易受到干扰或解密，这将大大提高作战人员的安全性。片上量子计算将提升芯片性能，快速处理传感器阵列的大量数据，降低对带宽的需求。

这项研究由一群才华横溢的科学家共同完成，包括NRL的材料科学与技术部的Matthe Rosenberger博士、Hsun-Jen Chuang博士、Saujan Sivaram博士等和AFRL传感器理事会的Chandriker Kavir Dass博士以及Joshua R. Hendrickson博士等。他们的努力成果已发表在《ACS Nano》上，为量子技术的发展树立了新的里程碑。