悉尼科技大学 一个艺术家的印象显示在hBN生长过程中加入了单光子发射器
信用:强到安川 能够发射单光子流的系统被称为量子光源，是量子计算、量子互联网和量子通信等新兴技术的关键硬件组件
在许多情况下，按需产生量子光的能力需要操纵和控制单个原子或分子，这突破了现代制造技术的极限，并使这些系统的开发成为一个跨学科的挑战
在《自然材料》杂志上发表的一项新研究中，由悉尼科技大学(UTS)领导的国际多学科合作揭示了白色石墨烯(六方氮化硼，hBN)缺陷背后的化学结构，这是一种二维纳米材料，作为产生量子光的平台显示出巨大的前景
缺陷或晶体缺陷可以作为单光子源，理解它们的化学结构对于以可控方式制造它们至关重要
“hBN单光子发射器显示出杰出的光学特性，在所有固态材料系统中名列前茅，然而，为了实际应用它们，我们需要了解缺陷的性质，我们终于开始解开这个谜，”use菲说
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候选人诺亚·门德尔松是这项研究的第一作者
“不幸的是，我们不能简单地将强大的技术与量子光学测量结合起来，直接观察单个原子，因此获得这种结构信息非常具有挑战性
相反，我们从一个不同的角度来解决这个问题，通过在生长过程中控制掺杂剂(如碳)的掺入，然后直接比较每种掺杂剂的光学特性，”他说
为了实现这一全面的研究，该团队由TMOS原子吸收光谱转换超材料卓越中心UTS节点的首席研究员伊戈尔·阿哈罗诺维奇教授领导，向澳大利亚和世界各地的合作者寻求所需的样品
研究人员第一次能够观察到碳进入血红蛋白晶格和量子发射之间的直接联系
“确定材料缺陷的结构是一个极具挑战性的问题，需要来自许多学科的专家
这不是我们一个人可以在团队中完成的事情
只有通过与世界各地在不同材料生长技术方面有专长的合作者合作，我们才能全面研究这个问题
阿哈洛诺维奇教授说:“通过共同努力，我们最终能够为整个研究界提供所需的清晰度。”
他说:“特别令人兴奋的是，这项研究是由来自澳大利亚国立大学TMOS分校的合作者迪潘卡尔·楚格、哈克·霍·坦和陈努帕蒂·贾加迪什共同努力促成的。”
科学家们还在他们的研究中发现了另一个有趣的特征，即缺陷携带自旋，这是一种基本的量子力学特性，也是编码和检索存储在单个光子上的量子信息的关键元素
“证实这些缺陷带有自旋，为未来的量子传感应用，特别是原子级薄材料的应用，开辟了令人兴奋的可能性
”阿哈罗诺维奇教授说
这项工作将一个新的研究领域——二维量子自旋电子学推向了前沿，并为进一步研究血红蛋白的量子发光奠定了基础
作者预计他们的工作将激发人们对这一领域的兴趣，并促进一系列后续实验，如从血红蛋白产生纠缠光子对，系统自旋特性的详细研究，以及缺陷结构的理论确认
“这仅仅是一个开始，我们预计我们的发现将加速hBN量子发射器在一系列新兴技术中的应用，”先生总结道
门德尔松
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