我喜歡LED的研究,且它看起來就像是石墨烯旗艦(Graphene Flagship)計畫創造其研究出來的知名地位。研究人員已經開發了一個全電量子(all-electrical quantum)單光子(single-photon)發射的LED,此LED如原子般的薄,以及具有潛在的如同可以在量子訊息的應用程式中使用的晶片上(on-chip)光子源。

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本圖顯示對應於一個量子發射器產生單個光子流的獨立亮點。(圖片來源:Mete Atatüre)



石墨烯旗艦計畫研究人員使用的層板(layer)包括過度金屬二硫化物(transition metal dichalcogenides,TMD)、石墨烯和氮化硼(boron nitride)構建薄的LED,其可用在量子通訊和網路應用中。該研究是由英國劍橋大學所主導,研究成果並。已在「自然通訊(Nature Communications)」發表。

根據研究報告,「多樣材料層疊形成異質結構(heterostructure)作為電流注入裝置、從單層石墨烯隧道,透過幾個層疊氮化硼作為隧道屏障,並進入單或雙層TMD材料,如二硒化鎢(WSE2),在其中電子與孔洞(hole)複合以發射單光子。在高電流,這種重組將發生在整個元件表面;當在低電流時,量子的行為顯而易見,且複合集中在高度局部量子發射器。」

雖然量子通訊是一個可行辦法,但本研究縮小了技術鴻溝。根據劍橋大學Cavendish實驗室教授,也是本論文共同作者Mete Atatüre所言,「最終,在一個可擴展電路,我們需要可以透過電脈衝控制的完整整合裝置,而不是集中在一個整合電路的不同類別雷射光。對於不同節點之間的單光子量子通訊和量子網路——例如耦合量子位(couple qubit) ——我們希望能夠只驅動電流並發光,有許多發射器是光學啟動,但只有少數用電力驅動。」

該研究最近補充了其他研究成果,舉例來說,2015年,量子點被發現在TMD層。在WSE2單層的邊緣穩定量子發射器,這顯示出高度局部的單光子發射特性光致發光(photoluminescence)也被發現了,由於層狀結構的超薄元件優勢,量子發射器有可能取代研究更久的量子點匹配(quantum dot counterparts)。

據研究人員介紹,這僅僅是關於石墨烯和其它絕緣層、半導體超導或金屬層狀材料組合可能應用的開始。希望在不久的將來有更多來自面對挑戰的各種研究人員,針對這一主題的成果發佈。