近日，悉尼科技大学徐仔全博士及合作者通过低压气相沉积技术成功制备出大面积六方氮化硼（hBN）薄膜，其中包含的单光子源不仅密度高而且在室温发光强。同时，该课题组首次实现了将量子光源的发射波长分布控制在580±10 nm以内。在此基础上，该课题组还提出了利用离子液体栅极来调控量子光源的发射能量及强度，其光谱可调范围达15 nm，刷新了固态单光子发射器可调范围的记录。该发现为将量子光源偶合进光子晶体结构提供了一个自由度，为实现芯片的集成量子光源铺平了道路。
固态单光子发射器是可扩展量子光子学的基本硬件组件，其应用方向包括量子密码学、量子中继器技术和纠缠分布等。量子技术需要强大且光稳定的单光子发射器。六方氮化硼（hBN）因其承载在室温下工作的明亮且光学稳定的单光子发射器，近期已成为一种非常有希望的材料。然而，到目前为止，hBN中荧光缺陷的发射波长已被证明是不受控制的，其零声子线能量跨越很宽的光谱范围（达几百纳米）。这无疑阻碍了基于hBN的量子光源在大量前沿领域的应用。
悉尼科技大学课题组利用低压化学气相沉积法在铜、镍和铁基底上生长出了大面积高质量的hBN薄膜。其中可容纳大量的单光子：密度约100-200个/100 μm2。并且，超过85％的发射器具有（580±10）nm的零声子线，其分布比先前的报道窄一个数量级。这表明在hBN中，特定结构的发光缺陷会优先形成。此外，在室温下，基于离子液体器件可通过栅极电压调整零声子线波长达15 nm，这是迄今为止，固态单光子发射器可调控的最大值。利用这些器件可以在近50 meV的光谱范围内实现具有纳米级空间分辨率的单个发射器的动态操作。这也证明了hBN用于开发基于二维材料的量子纳米光子和光电子器件的潜力。期待这些器件结构可以进一步适用于其他二维材料系统，以推进基于二维材料的可扩展量子光电子和纳米光子技术的进步。
这一成果近期发表在ACS Nano上，文章的第一作者是悉尼科技大学博士研究生Noah Mendelson，通讯作者为徐仔全博士、Igor Aharonovich教授和Milos Toth教授。
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Engineering and Tuning of Quantum Emitters in Few-Layer Hexagonal Boron Nitride
Noah Mendelson, Zai-Quan Xu,* Toan Trong Tran, Mehran Kianinia, John Scott, Carlo Bradac, Igor Aharonovich,* Milos Toth *
ACS Nano, 2019, 13, 3132–3140, DOI: 10.1021/acsnano.8b08511
该课题组经费充足并常年招收博士生，欢迎有材料、光学、物理及器件加工背景的同学申请。请将个人简历，发表文章及雅思成绩发送到一下邮箱：zaiquan.xu@uts.edu.au; igor.aharonovich@uts.edu.au
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