■  偏振微腔中尋求質(zhì)單光子源

    單光子源是未來量子信息器件的基礎(chǔ)單元。實(shí)現(xiàn)方法要求單光子源必須同時(shí)具有高效以及不可分辨性。為了化固態(tài)單光子源，中國科技技術(shù)大學(xué)的潘建偉院士以及陸朝陽教授團(tuán)隊(duì)，展示了從橢圓微柱器件發(fā)出的無背景（雙干涉激發(fā)）且具有不可分辨性的性單光子源。實(shí)驗(yàn)中的光學(xué)測(cè)量，是基于德國attocube公司的無液氦閉循環(huán)低溫恒溫器attoDRY2100以及共聚焦顯微鏡attoCFM I進(jìn)行的。通過測(cè)量，課題組展示了前沿的橢圓微柱器件發(fā)出的性單光子源具有60%的效率，并且不可分辨性高達(dá)0.975。該單光子源*實(shí)現(xiàn)了20個(gè)光子的量子光學(xué)實(shí)驗(yàn)，尋求實(shí)現(xiàn)量子霸權(quán)。

上圖: a） 橢圓微柱器件； b）器件發(fā)光光譜；c ）光譜中M1,M2模式的性研究

參考文獻(xiàn)：

1. Chaoyang LU, et al. Towards optimal single-photon sources from polarized microcavities, Nature Photonics, 13, 770–775 (2019)

2. Chaoyang LU, et al. Coherently driving a single quantum two-level system with dichromatic laser pulses, Nature Physics, 15 , 941–946 (2019)

■  用高品質(zhì)量子點(diǎn)單光子源構(gòu)建量子計(jì)算原型機(jī)

    中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉教授及其同事陸朝陽等在量子計(jì)算機(jī)研究方面取得了里程碑式的突破，相關(guān)研究結(jié)果被學(xué)術(shù)期刊《自然光子學(xué)》接收。在光學(xué)體系，我國科學(xué)家團(tuán)隊(duì)*實(shí)現(xiàn)用高品質(zhì)量子點(diǎn)單光子源構(gòu)建了量子計(jì)算原型機(jī)，并且演示了其超越經(jīng)典電子計(jì)算機(jī)（ENIAC）與晶體管計(jì)算機(jī)（TRADIC）的計(jì)算能力，向真正的“量子計(jì)算霸權(quán)”時(shí)代邁出了重要的步。在此次量子計(jì)算實(shí)驗(yàn)中的單光子器件（高效率的單光子源）的制備，陸老師課題組使用了德國attocube公司的attoDRY系列低溫恒溫器，低溫位移臺(tái)與掃描臺(tái)，低溫物鏡等設(shè)備。

上圖：光量子計(jì)算機(jī)線路圖

參考文獻(xiàn)：Chaoyang LU et al., High-ef?ciency multiphoton boson sampling，Nature Photonics, 11, 361–365 (2017)

■  量子調(diào)控在芯片平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)基于二維材料的有序高效量子光源

無液氦閉循環(huán)低溫恒溫器attoDRY1100+attoCFM

    來自史蒂文斯理工學(xué)院Stefan Strauf教授組報(bào)道了種新的制備高效率量子發(fā)射器的方法，用于在芯片平臺(tái)上創(chuàng)建大量的量子光源。該方法具有有序可控以及量子產(chǎn)率高的點(diǎn)，不僅為不可破解的加密系統(tǒng)開發(fā)鋪平道路，而且還為量子計(jì)算機(jī)的研發(fā)提供了可能的技術(shù)方案。該項(xiàng)工作成果發(fā)表在Nature Nanotechnology.

圖1：在芯片上任意位置按需創(chuàng)建量子光源的示意圖

    藍(lán)寶石襯底上分布了有序分布的金顆粒（立方體）陣列，單層WSe₂被轉(zhuǎn)移到襯底上，三氧化二鋁分隔層與金鏡子也被加入實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)。理論與實(shí)驗(yàn)證明了單光子發(fā)射器存在于每個(gè)金顆粒的四角處。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)單光子發(fā)射器實(shí)現(xiàn)了每秒發(fā)射4200萬個(gè)光子，創(chuàng)歷史新高。

參考文獻(xiàn)：Nature Nanotechnology 13,1137–1142 (2018)

■  磁場(chǎng)光致發(fā)光譜表征二維晶體材料單光子發(fā)射性質(zhì)

    單光子發(fā)射是研究量子光學(xué)的核心技術(shù)?，F(xiàn)有的單光子發(fā)光材料局限于維與三維材料，二維材料中存在的單光子發(fā)射現(xiàn)象將為量子光學(xué)研究提供個(gè)新的研究平臺(tái)。

    潘建偉院士課題組用attocube公司的低溫強(qiáng)磁場(chǎng)光學(xué)顯微鏡（attoCFM)研究發(fā)現(xiàn)了二維晶體材料單層二硒化鎢（WSe2)中存在的由于缺陷態(tài)引起的單光子發(fā)射現(xiàn)象。，通過低溫磁場(chǎng)下對(duì)微米尺寸單層樣品的光致發(fā)光譜精細(xì)掃描成像可以發(fā)現(xiàn)樣品某些位置存在超窄發(fā)光光譜。超快激光光致發(fā)光譜的測(cè)量研究證實(shí)了該處發(fā)光點(diǎn)為單光子發(fā)射。隨著低溫強(qiáng)磁場(chǎng)下（改變磁場(chǎng)，改變?nèi)肷涔庾笮c右旋性質(zhì)等實(shí)驗(yàn)技術(shù)）進(jìn)步對(duì)光致發(fā)光譜的表征發(fā)現(xiàn)在零磁場(chǎng)下樣品存在0.71meV的能量差并且該材料中存在超大激子g參數(shù)。經(jīng)過分析，該單光子發(fā)射很可能是由中性激子被缺陷態(tài)束縛在二維晶體中引起的。

    作者預(yù)見該單光子發(fā)射中的物理機(jī)制的進(jìn)步證實(shí)與該材料中存在的超大激子g參數(shù)的理解都可能是未來很有挑戰(zhàn)性的工作。該低溫強(qiáng)磁場(chǎng)中的共聚焦光學(xué)技術(shù)很有希望幫助科學(xué)家更加深入的理解二維材料中的單光子發(fā)射現(xiàn)象,從而使量子光學(xué)技術(shù)（例如結(jié)合光子晶體來控制單光子的發(fā)射率）的實(shí)際應(yīng)用成為可能。

參考文獻(xiàn)：He, Y.-M.; et al. Single quantum emitters in monolayer semiconductors. Nature Nanotechnology 2015, 10, 497-502.

■  低溫磁場(chǎng)Raman光譜研究石墨烯中磁聲共振現(xiàn)象

    石墨烯的發(fā)現(xiàn)為基礎(chǔ)物理研究提供了個(gè)二維材料的平臺(tái)。石墨烯在磁場(chǎng)中的磁激子（能間躍遷）與晶體中聲子存在磁聲共振現(xiàn)象，該現(xiàn)象的理解需要更多的實(shí)驗(yàn)來幫助分析。

    Caiyu Qiu等人用attocube公司的低溫強(qiáng)磁場(chǎng)共聚焦光學(xué)顯微鏡(attoCFM)對(duì)石墨塊襯底上的單層石墨烯進(jìn)行了系統(tǒng)分析。結(jié)果表明，磁場(chǎng)下Raman光譜可以表征磁激子與石墨烯中聲子的相互作用。具體地，低溫下單層石墨烯的Raman光譜隨著磁場(chǎng)發(fā)生了明顯的變化。在磁場(chǎng)為4.65T左右的時(shí)候，由于磁聲共振現(xiàn)象的存在，Raman光譜具有立的三個(gè)峰存在。另外，把所有0-9T下不同磁場(chǎng)的光譜集合成光譜強(qiáng)度隨磁場(chǎng)與光譜能量變化的二維圖像可以發(fā)現(xiàn)，至少8個(gè)Raman活性且能量隨磁場(chǎng)變化的磁激子被實(shí)驗(yàn)觀察到。

    作者還發(fā)現(xiàn)，不同質(zhì)量（不同聲子壽命，朗道能壽命）的石墨烯樣品有不同程度的磁聲共振現(xiàn)象。該實(shí)驗(yàn)對(duì)高質(zhì)量石墨烯樣品的制備與石墨烯甚至其他二維晶體材料的廣泛潛在應(yīng)用會(huì)有巨大幫助。

參考文獻(xiàn)：

1.Qiu, C.; Shen, X.; et al. Strong magnetophonon resonance induced triple G-mode splitting in graphene on graphite probed by micromagneto Raman spectroscopy. Physical Review B 2013, 88, 165407.

2.Faugeras, C.; et al. Magneto-Raman Scattering of Graphene on Graphite: Electronic and Phonon Excitations. Physical Review Letters 2011, 107, 036807.

■  低溫強(qiáng)磁場(chǎng)下研究石墨烯中光電流產(chǎn)生機(jī)制

    能帶彎曲與載流子濃度非均分布會(huì)影響載流子運(yùn)動(dòng)與散射，是影響量子霍爾效應(yīng)的重要物理機(jī)制?？蓧嚎s與不可壓縮載流子濃度已經(jīng)被證實(shí)存在于石墨烯中，但是它們對(duì)石墨烯中量子霍爾效應(yīng)的具體影響還需進(jìn)步研究。通過對(duì)石墨烯在低溫磁場(chǎng)下的光電流成像分布的實(shí)驗(yàn)可以探究上述問題。

    G.Nazin等人用attocube公司低溫強(qiáng)磁場(chǎng)共聚焦光學(xué)顯微鏡(attoCFM)研究了4.2K與9T磁場(chǎng)下的石墨烯中光電流分布，以及該分布隨載流子濃度分布的具體變化。具體地，通過調(diào)節(jié)偏置電壓可以調(diào)節(jié)載流子濃度，從而光電流分布也隨之被調(diào)節(jié)。分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)我們發(fā)現(xiàn)般石墨烯中光電流隨偏置電壓成像結(jié)果是個(gè)四頁的區(qū)域分布。，通過改變載流子濃度可以改變填充因子，因此樣品中載流子種類（電子或者空穴）被改變。另外由于電子與空穴的熱載流子也同時(shí)存在于樣品中，所以光電流所偏置電壓的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)成像結(jié)果構(gòu)成了個(gè)四頁區(qū)域。在樣品為電學(xué)中性的時(shí)候，是個(gè)殊的區(qū)域，實(shí)際我們只觀察到了個(gè)兩頁的結(jié)果。此時(shí)，改變偏置電壓不僅改變了載流子種類，而且改變了能帶彎曲，因此光電流的性沒有受到改變。

    綜上所述，石墨烯中光電流受熱載流子影響，同時(shí)也對(duì)填充因子十分敏感。作者預(yù)見，使用同樣的低溫磁場(chǎng)下光電流的方法去研究懸空石墨烯器件中的載流子性質(zhì)能進(jìn)步加深對(duì)該現(xiàn)象的理解。

參考文獻(xiàn)：Nazin, G.; et al. Visualization of charge transport through Landau levels in graphene. Nature Physics 2010, 6, 870-874.

■  低溫下研究半導(dǎo)體量子點(diǎn)中電場(chǎng)調(diào)制光致發(fā)光

    量子點(diǎn)三個(gè)維度的尺寸大小都在百納米以內(nèi)，因而具有顯著的量子限制效應(yīng)。由于量子效應(yīng)，量子點(diǎn)通常具有分立的能而非連續(xù)能。量子點(diǎn)被認(rèn)為在太陽能電池、發(fā)光器件、光學(xué)生物標(biāo)記等域具有廣泛的應(yīng)用前景。

    K.Kleemans等人用attocube公司的低溫強(qiáng)磁場(chǎng)共聚焦顯微鏡研究了低溫4.2K下半導(dǎo)體InAs/GaAs量子點(diǎn)中的電場(chǎng)調(diào)制光致發(fā)光現(xiàn)象。結(jié)果表明，半導(dǎo)體量子點(diǎn)的光致發(fā)光光譜能量隨偏置電壓的變化可以發(fā)生變化，在偏置電壓為負(fù)0.3V的時(shí)候，量子點(diǎn)達(dá)到電中性并且發(fā)光光譜能量達(dá)到大值。結(jié)合理論計(jì)算與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，該量子點(diǎn)的光致發(fā)光機(jī)制主要存在兩種（馬漢激子與混合激子發(fā)光）。在負(fù)偏置電壓下，引入空穴，量子點(diǎn)的兩個(gè)空穴與單個(gè)費(fèi)米電子的庫倫作用形成馬漢激子。在正偏置電壓下，引入電子，引入電子與光子激發(fā)形成的電子空穴對(duì)形成混合激子。

    該工作通過低溫下電場(chǎng)調(diào)制的光致發(fā)光研究半導(dǎo)體量子點(diǎn)中的多體問題,進(jìn)而開拓了種有效研究近藤效應(yīng)與固體材料中電子自旋相關(guān)光激發(fā)態(tài)的實(shí)驗(yàn)方法。作者預(yù)見，該實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)量子點(diǎn)在光電器件、量子信息技術(shù)等方面的實(shí)際應(yīng)用具有重要的推動(dòng)作用。

參考文獻(xiàn)：Kleemans, N. A. J. M.; et al. Many-body exciton states in self-assembled quantum dots coupled to a Fermi sea. Nature Physics 2010, 6, 534-538.

■  石墨烯低溫Raman拉曼測(cè)量

    在（9T，4K）下對(duì)石墨烯進(jìn)行磁-拉曼測(cè)量，結(jié)果表明E2g聲子的共振雜化展現(xiàn)出非常豐富的拉曼散射譜，并隨磁場(chǎng)強(qiáng)度發(fā)生顯著變化。

    上圖顯示了在發(fā)生雜化的E2g聲子和（-2，+1）與（-1，+2）磁激發(fā)區(qū)域，拉曼譜隨磁場(chǎng)的具體變化情況。通過以600nm分辨率對(duì)7umX7um區(qū)域和不同散射鋒的測(cè)量（紅移，聲子中心峰位出現(xiàn)在5.3T），揭示了石墨烯在紅移部分，圖像發(fā)亮；而在E2g峰附近的拉曼散射圖像發(fā)暗。

• 無液氦低溫強(qiáng)磁場(chǎng)共聚焦顯微鏡

  檢測(cè)儀器在線詢價(jià)