《Nature Commun》：InP胶体量子点的高度稳定纯单光子发射！

量子通信、传感或计算等量子光子技术需要高效、稳定和纯的单光子源。外延量子点（QDs）已经被制作成能够按需产生具有高纯度、不可区分性和亮度的光子，尽管它们需要精确制造，并且在可扩展性方面面临挑战。相比之下，胶体量子点是在溶液中批量合成的，但通常具有更宽的线宽、低的单光子纯度和不稳定的发射。

在这里，来自韩国成均馆大学和美国芝加哥大学的学者展示了InP/ZnSe/ZnS胶体量子点的光谱稳定、纯色和窄线宽单光子发射。使用光子相关傅立叶光谱，作者观察到在4K下窄至~5µeV的单点线宽。这些点在微秒到分钟的时间尺度上表现出最小的光谱扩散，并且在高达50ms的时间尺度下保持窄线宽，比其他胶体系统长几个数量级。此外，在没有光谱滤波的情况下，这些InP/ZnSe/ZnS点的单光子纯度为0.077–0.086。这项工作证明了不含重金属的InP基量子点作为单光子光谱稳定源的潜力。相关论文以题目为“Highly stable and pure single-photon emission with 250 ps optical coherence times in InP colloidal quantum dots”发表在Nature Communications期刊上。

论文链接：

https://www.nature.com/articles/s41467-023-39509-y

量子光子技术是使用量子光-单光子技术来实现量子通信、量子传感或量子计算等应用。最广泛使用的单光子源是自发参数下变频和四波混频，尽管这些非线性过程是概率性的。固态单光子发射器（SPE）将类原子光学特性与可扩展和成熟的制造技术相结合，是量子光确定性产生的一个很有前途的平台。在固态SPE中，包括二维（2D）材料中的晶体中心和量子缺陷，自组装半导体量子点特别突出，能够按需产生具有接近单位不可区分性和单光子纯度的光子。嵌入光子结构中的量子点可以通过电接触进行操作，并且已经证明了电驱动的单光子和纠缠光子发射。当SPE的光学相干时间T2为T2＝2T1的变换极限中的辐射寿命T1的两倍时，产生不可分辨的单光子。窄的发射线宽对应于较长的相干时间。

在量子点等固态发射体中，激子与其周围环境耦合，激发态的相干性因与声子、自旋噪声和电荷噪声的相互作用而恶化。外延量子点获得光子通过良好优化的QD生长条件，使用将T1降低到几百皮秒的光子腔结构和更长的T2时间实现了不可区分性。这些严格而精确的制造方法对外延QD SPE的可扩展性和再现性提出了挑战。基于磷化铟（InP）的量子点不含重金属，是可扩展发光应用的理想选择。到目前为止，InP/ZnSe/ZnS量子点尚未被探索到量子光产生，在这里作者研究了它们的单光子发射特性。（文：爱新觉罗星）

图1。InP/ZnSe/ZnS量子点结构和能级。

图2。在秒-分钟的时间尺度上跟踪光谱稳定性。

图3。使用PCFS跟踪微秒-毫秒时间尺度上的光谱扩散。

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