北京
研究人员利用扭转的六方氮化硼层大幅调谐量子光源，助力未来量子器件。
科学家发现了一种控制量子光源的新方法，通过扭转一种称为六方氮化硼（hBN）的原子级薄层材料，这一突破有望让量子技术离实际应用更近一步。
悉尼科技大学的研究人员发现，旋转并重新堆叠 hBN 层，可以显著改变材料内部量子发射体所发出光的颜色和波长。
量子发射体是能产生单光子的微小光源，因此是未来量子计算机、安全通信网络和高灵敏度传感器的重要构件。虽然科学家已能探测并研究这些发射体，但控制它们一直是一大挑战。
该团队表示，其方法利用 hBN 独特的层状结构，为调谐这些光源提供了新途径，这种材料可以被反复分离、扭转和重新组装。
以扭转实现光控制
第一作者安格斯·盖尔博士表示，这一发现为研究人员操控量子发射体提供了新工具。
盖尔博士说：“你可以测量这些量子发射体，知道它们的存在，但很难让它们在实际中发挥作用。这给了我们一个杠杆，让我们离实现这一点更近一步——这是迈向实现量子技术的一步。”
在实验中，研究人员通过改变层间的扭转角度，成功让发射光产生了显著偏移。与许多研究中材料组装一次后便不再改动不同，该团队反复拾取、扭转并重新堆叠各层，同时不断调节其光学性质。
“我们利用的是六方氮化硼这种材料的层状特性。我们可以拾取它、堆叠它、扭转它，并利用这种扭转来改变发射体。这在金刚石或碳化硅等传统材料中基本无法做到。”
据研究人员称，所实现的调谐幅度超出预期，也超过了众多其他量子发射体平台通常能够达到的程度。
盖尔说：“好处在于，我们利用这个可扭转平台，将发射波长偏移了非常显著的幅度。通常情况下，控制这些系统时，可操控的幅度非常有限，但这次的偏移远大于预期。”
量子技术新路径
该团队没有强迫 hBN 表现得像更传统的量子材料，而是专注于发挥其天然特性。
“与其试图让 hBN 缺陷表现得像传统固态基质，我们利用了 hBN 自身的优势：其薄、层状且可扭转的结构。”
盖尔将这种材料比作奶酪切片，而不是一块实心奶酪。“对于一整块奶酪，你很难尝到中间的风味。但如果是切片，你可以剥开各层，把它们重新叠在一起，改变它们相互作用的方式，”他说。
伊戈尔·阿哈罗诺维奇教授表示，扭转层状材料可以产生全新的物理行为。
阿哈罗诺维奇教授说：“你可以取两个本身没有太多作用的层，以特定角度把它们叠在一起，突然之间就拥有了一个完全不同的系统。”
研究人员相信，这种方法最终有望推动量子计算、量子通信和量子传感技术的发展，应用于从医疗健康、网络安全到导航等领域。
该研究发表在《先进材料》（Advanced Materials）期刊上。
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