研究人员从2D材料中精确定位量子光源发射器

原子薄层的过渡金属硫族化合物(如二硒化钨或二硫化钨)据说能发射单个光子，不过却是从随机的位置发射，因而使得实际的光源发射研究相当困难，无法确切掌握从何处寻找量子发射器(QE)。

到目前为止，量子发射器主要应用于定位缺陷和应变梯度，但大多都是不可预测的。

英国剑桥大学(University of Cambridge)和哈佛大学的研究人员最近在《自然通讯》(Nature Communications)期刊中发表“原子薄层半导体中的大规模量子发射器数组”(Large-scale quantum-emitter arrays in atomically thin semiconductors)研究，展示如何透过调谐这种2D材料的形貌，准确定位单光子的光源。

研究人员在文中介绍如何透过将活性材料(剥离的WSe2或WS2单层)置于规律间隔开来的纳米柱顶部，取得了一连串分布于单层上的帐篷形尖峰，形成从单光子发射的局部实体扰动。

接着，采用高解析直写微影工艺，先在二氧化硅基底上产生直径150nm、高度约60nm-190nm的二氧化硅(SiO2)纳米柱，以形成具有4μm间距的数组。

研究人员采用全干式黏弹性沉积工艺，将二硒化钨和二硫化钨单层放置在这种数组的顶部，打造出能在可见光谱(分别在610-680nm和740-820nm)范围发射各种波长的数百个QE数组。

从分层半导体的量子点所发射的单光子想象图 （来源：Pawel Latawiec/Harvard University）

研究人员在文中解释，纳米柱在材料中产生局部变形，导致了激子的量子限制。透过研究人员的方式能让发射器以光子结构的方式放置，例如以可调整的方式实现光波导等需要精确和准确的定位应用。

他们还发现这些量子发射器比其随机发射的方式更具有光谱稳定性，通常具有明亮的次纳米线宽发射峰值。增加纳米柱的高度，也降低了在每个纳米柱位置处出现峰值的数量，导致研究人员作出这样的结论：QE的光发射能够经由改变基础纳米结构的形状加以调整。在此情况下，研究人员推断MEMS或压电调谐可望动态调整QE，使其得以整合于光子结构中。

研究人员并预测，这种创造量子发射器的新方法并不局限于特定的分层材料，未来还可以从其他各种2D材料中进行探索。

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