中大新聞網(wǎng)訊（通訊員雷世菁）中山大學(xué)物理學(xué)院、光電材料與技術(shù)國家重點實驗室王雪華、劉進教授研究團隊為解決高性能微納量子光源難以規(guī)?；_定性制備問題，提出和開發(fā)了量子輻射子的超分辨和高光譜快照式熒光成像方法與技術(shù)，實現(xiàn)了高性能微腔量子光源器件“又快又準”的規(guī)?；苽?，為構(gòu)建可擴展光量子集成芯片奠定了基礎(chǔ)。相關(guān)研究成果以“Super-resolved snapshot hyperspectral imaging of solid-state quantum emitters for high-throughput integrated quantum technologies”為題于2024年5月22日發(fā)表在國際頂級期刊《自然-光子學(xué)》（Nature Photonics）上。
量子輻射子與微納光子結(jié)構(gòu)的確定性耦合對于探索光與物質(zhì)的相互作用、制備高性能的光量子器件、構(gòu)建可擴展的光量子集成芯片等至關(guān)重要。然而, 量子輻射子的空間位置與光譜的隨機性往往導(dǎo)致其與微納光子結(jié)構(gòu)模式的失配, 嚴重阻礙了高性能量子光源的實現(xiàn)及應(yīng)用。精準確定每個量子輻射子的空間位置和輻射波長是解決這一重大挑戰(zhàn)的關(guān)鍵，為此，中山大學(xué)王雪華/劉進教授研究團隊，提出和開發(fā)了量子輻射子的超分辨和高光譜快照式熒光成像方法與技術(shù)，它能同時對大量的量子點進行高精度的空間定位和光譜分辨，并基于該技術(shù)實現(xiàn)了高性能微腔量子光源器件的規(guī)?；_定性制備。這一技術(shù)巧妙利用納米光子平面微腔的色散關(guān)系對量子點遠場熒光輻射的調(diào)控作用，僅通過單次成像便可同時獲取多個量子點的空間位置信息和光譜信息，其空間定位與波長分辨精度分別達到15 nm 和0.4 nm。這項研究突破了傳統(tǒng)成像技術(shù)只能獲取量子點位置信息的限制，解決了量子點與微納光子結(jié)構(gòu)無法確定性耦合的難題，可為量子輻射子的快速全面表征、光量子功能器件的批量制備、可擴展光量子芯片的研發(fā)、超分辨生物成像等提供關(guān)鍵技術(shù)支撐，將進一步推動量子信息技術(shù)與經(jīng)典光學(xué)成像技術(shù)的發(fā)展。
圖1. 超分辨快照高光譜成像原理圖與實驗采集的量子點成像光斑。
中山大學(xué)為該成果的第一署名單位，中山大學(xué)物理學(xué)院劉順發(fā)博士后為論文第一作者，中山大學(xué)王雪華教授和劉進教授為論文共同通訊作者。中科院半導(dǎo)體所倪海橋研究員、牛智川研究員與劉汗青博士在量子點生長方面提供了重要支持，天津大學(xué)胡小龍教授與孟赟博士生為本工作提供了用于壽命測試的超導(dǎo)單光子探測器，新加坡國立大學(xué)的仇成偉教授參與了該工作，中山大學(xué)物理學(xué)院博士生李學(xué)詩、邱貴鑫、馬劍濤、聶亮對該論文的實驗部分亦有貢獻。該工作得到了國家重點研發(fā)計劃項目、國家自然科學(xué)基金項目、廣東省重點領(lǐng)域研發(fā)計劃項目以及中國博士后科學(xué)基金項目等的大力支持。
