单光子发光二极管芯片上集成

研究人员从石墨烯旗舰使用分层材料打造与单光子发射发光二极管 (LED) 的所有电学量子。这些指示灯有潜力作为片上光子源在量子信息的应用。

一次发射一个光子的原子薄 Led 已经被从石墨烯旗舰的研究者开发出来。构造层的原子薄的材料，包括过渡金属 dichalcogenides (TMDs)、 石墨烯和氮化硼，超薄 Led 显示所有电气单光子代可能是优秀的片上量子光源为广泛的光子量子通讯和网络应用。研究，自然信息通报中报告是由英国剑桥大学的领导。

本文报道超薄器件的建造不同的层状材料，堆叠在一起，形成异质结构的薄层。电流注入设备，掘进从单层石墨烯，通过几层硼氮化代理作为隧道障碍，和成单层或双 TMD 的材料，如钨硒醚 (WSe2)，在那里电子重组与孔冒出单个的光子。在高电流，此重组发生的整个表面的设备，在低电流，量子行为是明显与重组集中在高度本土化的量子发射器。

所有电气单光子发射是综合的量子光电子学的一个关键优先事项。通常情况下，单个光子产生依赖于光激发，需要大型光学架构激光与光学组件的精确对齐。这项研究带来的量子通信芯片上单光子发射更近一步。教授检定 Atatüre （卡文迪什实验室，剑桥大学，英国），作者的研究，解释了”最终，在一个可伸缩的电路，我们需要我们可以通过电脉冲，而不是侧重于不同阶层的集成电路激光控制的完全集成的器件。对于量子通信与单光子和量子网络不同节点之间 — — 例如，向几个量子比特 — — 我们想要能够只是驱动电流，然后光出去。有许多发射器光容易激动，但只有极少数电动”在他们的设备，小于 1 µ A 谦虚当前确保单光子行为主导的发射特性。

TMDs 的层状的结构使它们适合于使用芯片，用于超薄异质结构中，还增加了以原子方式精确层接口的好处。量子发射器高度地方性 TMD 层的有光谱锋利的发射光谱。 分层的性质还提供其他的单光子发射体，为纳米光子电路可行和有效融入优势。领导者的工作包 8 — — 光电子与光子学，弗兰克科彭斯教授 （理事会，西班牙），添加”电动单光子源必须对于很多应用程序，而这首次实现与层状材料是一个真正的里程碑。此超薄和灵活的平台提供高水平的可调性，设计自由和集成功能包括硅 CMOS 的纳米电子平台。”

这项研究是一个奇妙的例子可以开辟新发现关于材料的可能性。量子点被发现存在于层状 TMDs 只是最近才，与几个不同的研究小组，包括目前工作内石墨烯旗舰团体同时在 2015 年初发表的研究。博士马雷克 Potemski 和同事们在华沙大学 （波兰） 工作在 CNRS （法国） 与研究人员的合作发现稳定量子灌水器的 WSe2 单分子膜，边缘高度显示局部光致发光与单光子发射特性。教授 Kis 和同事在苏黎世和洛桑 （瑞士） 工作，亦观察到单光子放射器与 WSe2 在狭隘的线宽。同时，教授范那儿和同事们从代尔夫特科技大学 （荷兰），在明斯特大学 （德国） 工作的研究人员观察到 WSe2 局部的排放是被困的激子，建议，他们是来自结构性缺陷。这些量子发射器有可能取代研究成更传统的量子点对应的层状结构的超薄设备众多好处。

这项研究，量子发射器现在中出现的另一种 TMD 材料，即二 (WS2) 硫化钨。教授 Atatüre 说:”我们选择 WS2，因为它具有较高的带隙，和我们想要看看是否不同材料提供的单光子发射谱的不同部分。这一点，我们表现量子排放不是 WSe2，这表明，许多其他层状的材料可能对主机量子点状功能以及独特的功能。

此外教授安德烈 · 法拉利 （剑桥大学，英国），椅子的石墨烯旗舰管理面板，和旗舰的科学和技术人员共同撰写的研究。他补充说，”我们只触及的许多可能的应用的设备编写的结合其他绝缘、 半导体、 超导或金属层状材料的石墨烯表面。在这种情况下，不仅有我们显示可控光子源，而且我们也有量子技术领域可以大大受益于层状材料。我们希望这将使石墨烯旗舰、 其研究者和最近宣布的量子技术旗舰，之间的协同作用适当在几年内开始。许多更令人兴奋的结果和应用程序一定会”。